Comprobar si a temperatura ambiente se obtiene la relación entre presión y volumen como lo describe la ley de Boyle-Mariote.

Objetivo

Comprobar si a temperatura ambiente se obtiene la relación entre presión y volumen como lo describe la ley de Boyle-Mariote.

El Experimento de la ley de Boyle

Algunas de las más antiguas medidas cuantitativas fueron efectuadas sobre los gases. El primero de estos estudios fue hecho por Robert Boyle en 1662.  

Boyle utilizó una pieza de vidrio en forma de J, sellada en un extremo. Un gas, aire, estaba encerrado en el extremo sellado del tubo y diversas cantidades de mercurio se añadían al tubo para modificar la presión del sistema. Estas medidas se efectuaron utilizando una cantidad fija de gas a temperatura constante. De esta forma, Boyle pudo examinar la relación presión-volumen del gas sin complicaciones procedentes de otros factores, como el cambio de temperatura o de la cantidad de gas.  La presión del gas se cambia añadiendo mercurio, o quitándolo, desde el extremo abierto del manómetro. Tras cambiar la presión, cambiando la cantidad de mercurio en el manómetro, se registran presión y volumen.

Los átomos y moléculas, en el estado gaseoso, se comportan como centros puntuales de masa que sólo en el rango de las altas presiones y bajas temperaturas son afectadas por las fuerzas atractivas. Fuera de estos límites, las propiedades físicas de un gas se deben principalmente al movimiento independiente de sus moléculas.

Boyle descubrió la relación matemática entre la presión y el volumen de una cantidad fija de gas a temperatura constante. Según la ley de Boyle, el volumen de una masa dada de gas varía en forma inversamente proporcional a la presión cuando la temperatura se mantiene en un valor fijo. La expresión matemática de la ley se enuncia que el volumen es inversamente proporcional a la presión

P V = k           

La magnitud de la constante k es función de la cantidad química de gas, es decir, si se explora el comportamiento físico de un gas de acuerdo con la ley de Boyle y asumiendo comportamiento ideal, se puede concluir que, a temperatura constante:

Si se duplica la presión sobre una masa dada de gas, su volumen se reduce a la mitad.
Si el volumen de una masa dada de gas se triplica, la presión se reduce en un tercio.

En los experimentos sobre la ley de Boyle se obtienen un conjunto de datos de presión y volumen, los cuales se pueden representar gráficamente para obtener el valor de k. Un gráfico de Presión- Volumen  da como resultado la hipérbola característica que corresponde a la ecuación de la ley de Boyle.

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 Si se repite el experimento a temperaturas diferentes se genera una familia de hipérbolas, y debido a que la temperatura es constante a lo largo de cada línea, éstas curvas se denominan isotermas.

Para encontrar el valor de k, se representa la presión como una función del inverso del volumen con el fin de obtener una línea recta. Aplicando el método de los mínimos cuadrados se puede tener el mejor estimativo de k.

Materiales y métodos

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• Aparato de boyle
• 1 regla[pic 5]

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Procedimiento:

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Datos experimentales

Radio del tubo: 2.9 mm/ 0.29 cm

Presión Atmosférica: 585 mm Hg

Altura inicial: 26.6cm

La siguiente tabla muestra los valores obtenidos mediante la medición con el manómetro.

A continuación se muestran las tablas de conversiones para calcular logaritmos de las atmosferas y los litros para poder  obtener la ecuación empírica.

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