Comprobación experimental de que un gas se enfría cuando se expande adiabáticamente, a una temperatura superior a la de inversión

Comprobación experimental de que un gas se enfría cuando se expande adiabáticamente, a una temperatura superior a la de inversión.

En la realización de este objetivo, se pudo observar como la temperatura disminuyó cuando el gas (aire) fue expandido (véase tabla xx). El descenso de la temperatura no fue muy brusco, pero si notable, esto es debido a que, según textos (cita-requerida), para que esta caída sea muy notoria debe existir una gran diferencia entre la presión inicial y final; y en el experimento, dicha diferencia fue muy pequeña.

El proceso de enfriamiento de un gas cuando este se expande adiabáticamente es regido bajo el principio de Joule-Thomson. La razón principal se encuentra en que cuando un gas es expandido ejerce un trabajo con el que su energía interna disminuye y por lo tanto su temperatura disminuye. Esto es debido, básicamente, a que al expandir un gas, las moléculas deben vencer las fuerzas de atracción entre ellas; la energía necesaria para esto proviene de la energía cinética, lo que se traduce en una disminución de la velocidad. La consecuencia general de esta situación es que un gas real se enfríe cuando es expandido. CITA 55

Por otro lado, todo gas tiene una temperatura de inversión de Joule-Thomson (Kelvin), si la expansión ocurre a una temperatura superior a la de inversión el gas se calentará pero si la expansión ocurre a una temperatura por debajo entonces dicho gas va a enfriarseCITA77, este último es el caso en estudio. En la mayoría de los gases, a presión atmosférica esta temperatura es bastante alta, mucho mayor que la temperatura ambiental, y por ello la mayoría de los gases son enfriados al expandirse. Tal es el caso del aire, ya que el nitrógeno y el oxígeno, los dos gases más abundantes de este, tienen temperaturas de inversión de 621 K (348 °C) y 764 K (491°C), respectivamente; por lo que estos gases pueden enfriarse desde la temperatura ambiente por el efecto Joule-Thomson. Lo que significa que uno de los objetivos específicos no estuvo bien planteado, ya que según él, el enfriamiento debía darse a una temperatura mayor que la de inversión y eso no es posible para el gas estudiado según la teoría.

Determinación experimental de la relación g=Cp/Cv para un gas dado.

        Para desarrollar este objetivo, el gas trabajado fue el aire. Se realizaron tres corridas, calculándose los valores de g para cada una de ellas (tabla xx) y con eso datos se determinaron las desviaciones entre cada par (1-2, 2-3, 3-1). Con esos resultados es posible inferir que hubo precisión a la hora de tomar los valores, es decir, el error humano queda descartado como posible causa de desaciertos, ya que todas las desviaciones fueron menores a 5%cita, un valor aceptable dentro de lo establecido.

Sin embargo, al comparar el valor de g experimental (global) (véase tabla xx) con el valor teórico se puede notar que hay una desviación bastante pronunciada con respecto al valor considerado como real (g=1,4), ésta fue de 23,57%. Según la teoría el valor de g es conseguido permitiendo que el gas se expanda a través de un dispositivo de estrangulamiento (normalmente una válvula) que debe ser muy bien aislado para impedir cualquier transferencia de calor hacia o desde el gas y además evitar posibles fugas del mismo. Por tanto, hay una gran posibilidad de que el equipo utilizado para esta práctica presentara fugas, ya que este tuvo que ser trasladado de un sitio a otro para poder usarse, y en ese cambio de ubicación, la válvula pudo haberse aflojado, lo que permitió el escape del aire cuando fue realizada la comprensión y posterior expansión, conllevando a medidas erróneas.

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