Práctica No. 1 Ley de Boyle

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Práctica No. 1

Ley de Boyle

J. A. Canuto García, M.A. Mora López, J. U. Pareja Fones

                                                         2QV1

Instituto Politécnico Nacional

Escuela Nacional de Ciencias Biológicas, Químico Bacteriólogo Parasitólogo, Fisicoquímica, Unidad profesional Lázaro Cárdenas, Prolongación de Carpio y Plan de Ayala s/n, Col. Santo Tomás C.P. 11340 Alcaldía Miguel Hidalgo CDMX.México.

Resumen

En esta práctica se estudió la Ley de Boyle experimentalmente. Se utilizó un aparato de Boyle para medir y comprobar los cambios de volumen respecto a la presión. Se realizaron los cálculos correspondientes para determinar la presión absoluta del sistema y el volumen. Con estos datos se realizó la gráfica correspondiente para comprobar la Ley de Boyle.

Palabras claves: Ley de Boyle, presión, volumen, sistema, gas.

Introducción

De los tres estados de agregación, sólo el estado gaseoso permite una descripción cuantitativa relativamente sencilla. Un sistema se encuentra en un estado o condición definidos cuando todas sus propiedades tienen valores determinados por el estado del sistema. Así, el estado del sistema se describe especificando los valores de algunas o de todas sus propiedades. Así el estado del sistema se describe especificando los valores de algunas o de todas sus propiedades. Afortunadamente, para esto, se necesitan solo cuatro propiedades: masa, volumen, presión y temperatura.

La ecuación del estado del sistema es la relación matemática que existe entre los valores de esas cuatro propiedades. Sólo se necesitan tres de éstas para describir el estado: la cuarta puede calcularse a partir de la ecuación de estado, que se obtiene al conocer el comportamiento experimental del sistema.

En 1662, Robert Boyle realizó las primeras medidas cuantitativas del comportamiento de los gases en relación con la presión y el volumen. Sus resultados indicaron que el volumen es inversamente proporcional a la presión:

                                                                         (1)[pic 3]

Donde p es la presión, V es el volumen y C es una constante. La ecuación 2 describe a V en función de p. La ley de Boyle puede escribirse de la siguiente manera:

                                                                         (2)[pic 4]

Ésta se aplica solo a una masa fijas de gas a temperatura constante.

Edme Mariotte también llego a la misma conclusión que Boyle, pero no publicó sus trabajos hasta 1676.

La ley de Boyle establece que la presión de un gas en un recipiente cerrado es inversamente proporcional al volumen del recipiente, cuando la temperatura es constante.

El aumentar el volumen, las partículas (átomos o moléculas) del gas tardan más en llegar a las paredes del recipiente y por lo tanto chocan menos veces por unidad de tiempo contra ellas. Esto significa que la presión será menor ya que ésta representa la frecuencia de choque del gas contra las paredes.

Cuando disminuye el volumen, la distancia que tienen que recorrer las partículas es menor y por tanto se producen más choques en cada unidad de tiempo: aumenta la presión.

Supongamos que se tiene cierto volumen de gas V1 que se encuentra a una presión P1 al comienzo de un experimento. Si variamos el volumen de gas hasta un nuevo valor V2, entonces la presión cambiará a P2, y se cumplirá:

                                                              (3)[pic 5]

Que es otra manera de expresar la ley de Boyle.

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Figura 1.1 Volumen en función de la presión, ley de Boyle.

Experimental

Se utilizará un aparato de Boyle, el cual consiste en un manómetro cargado con mercurio dentro del cual está contenida una masa constante de aire, cuyo volumen y presión se pueden modificar manipulando la rama de qué eta abierta.

La presión manométrica se determinará midiendo la diferencia del nivel de mercurio, entre las dos ramas del manómetro.

Con los valores del radio del tubo de cada aparato (especificado en el aparato) y con los valores de la longitud de la columna que tiene el extremo cerrado, que contiene aire y será nuestro sistema de estudio, se calculará el volumen, aplicando la fórmula para determinar el volumen de un cilindro.

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Figura 2.1 Aparato de Boyle 

Se registrarán resultados de compresión y expansión para elaborar una gráfica donde se relacione la presión absoluta del sistema contra el volumen medido.

Para la obtención de los datos necesarios para la elaboración de la gráfica, se utilizará:

                                                                      (4)[pic 8]

 Donde: V representa el volumen para un cilindro, r, el radio del cilindro y L la altura.

Para determinar la presión absoluta del sistema (en mmHg)

                                                        (5)[pic 9]

Objetivo

Determinar si el aire en las condiciones ambientales permite obtener la relación entre la presión y el volumen descrita por Boyle-Mariotte.

Resultados

Tabla 1. Valores obtenidos cuando se induce una compresión en el aparato de Boyle.

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