Laboratorio De Ondas Y Calor Masa-resorte.docx

LABORATORIO DE ONDAS Y CALOR “RELACIÓN PRESIÓN VS VOLUMEN PARA UN GAS”

INFORME Integrantes: Calderon Congora Davit Castro Quilca Fernando

GRUPO: C3-1-B

MESA: 3 Docente: Garcés Córdova Walmer

Fecha de realización: 17 de octubre Fecha de entrega: 31 de octubre

2017-II 1

I.

INTRODUCCIÓN

En el presente laboratorio estudiaremos acerca de un proceso isotérmico, en donde la presión y temperatura son constantes, con ayuda del principio de Boyle encontraremos la relación matemática en donde la presión y el volumen son constantes. Mediremos la presión y volumen en el software Pascocapstone para luego graficarlo e interpretaremos la gradiente y estaremos en la capacidad de reconocer e identificar una gráfica de isoterma (T = cte), identificando el tipo de variable que son y cuál es la relación que guardan éstos.

2

II. -

OBJETIVOS

Determinar una relación matemática de las variables Volumen y Presión para un volumen de aire. Linealizar una curva e interpretar la gradiente de las magnitudes involucradas.

III.

FUNDAMENTO TEÓRICO

Robert Boyle realizó una serie de experimentos sobre el comportamiento de los gases con el propósito de establecer una relación entre la presión y volumen. Boyle se dio cuenta de que a medida que aumentaba la cantidad de presión, el volumen disminuía, al realizar este experimento uso una temperatura constante o sea en un proceso isotérmico.

Proceso isotérmico: Se denomina proceso isotérmico o proceso isotermo al cambio reversible en un sistema termodinámico, siendo dicho cambio a temperatura constante en todo el sistema. La compresión o expansión de un gas ideal puede llevarse a cabo colocando el gas en contacto térmico con otro sistema de capacidad calorífica muy grande y a la misma temperatura que el gas. Este otro sistema se conoce como foco calórico. De esta manera, el calor se transfiere muy lentamente, permitiendo que el gas se expanda realizando trabajo. Como la energía interna de un gas ideal sólo depende de la temperatura y ésta permanece constante en la expansión isoterma, el calor tomado del foco es igual al trabajo realizado por el gas: Q = W. Una curva isoterma es una línea que sobre un diagrama representa los valores sucesivos de las diversas variables de un sistema en un proceso isotermo. Las isotermas de un gas ideal en un diagrama P-V, llamado diagrama de Clapeyron, son hipérbolas equiláteras, cuya ecuación es P•V = constante.

Presión Se le llama Presión, a la reacción inmediata que ejerce un cuerpo sobre otro en relación de peso o fuerza. La presión técnicamente se refiere a dos tipos fundamentales, opresión y compresión, la opresión es comúnmente asociada a la falta de libertad de un sujeto para movilizarse con plena independencia, y la compresión se refiere al esfuerzo o impedimento que realiza un cuerpo sobre otro impidiendo su salida de algún sitio. La presión es aplicada en términos científicos, por ejemplo en la química, la presión de cierto vapor o gas puede provocar la ruptura de algún reactor, así como también en algún instrumento de medición puede arrojar datos relevantes de cualquier estudio. La presión es básicamente usada para determinar 3

procesos en los que la temperatura juega un papel fundamental en la realización de algún experimento con una reacción química.

Variables que afectan el comportamiento de los gases 1. PRESIÓN Es la fuerza ejercida por unidad de área. En los gases esta fuerza actúa en forma uniforme sobre todas las partes del recipiente. La presión atmosférica es la fuerza ejercida por la atmósfera sobre los cuerpos que están en la superficie terrestre. Se origina del peso del aire que la forma. Mientras más alto se halle un cuerpo menos aire hay por encima de él, por consiguiente la presión sobre él será menor. 2. TEMPERATURA Es una medida de la intensidad del calor, y el calor a su vez es una forma de energía que podemos medir en unidades de calorías. Cuando un cuerpo caliente se coloca en contacto con uno frío, el calor fluye del cuerpo caliente al cuerpo frío. La temperatura de un gas es proporcional a la energía cinética media de las moléculas del gas. A mayor energía cinética mayor temperatura y viceversa. La temperatura de los gases se expresa en grados kelvin. 3. CANTIDAD La cantidad de un gas se puede medir en unidades de masa, usualmente en gramos. De acuerdo con el sistema de unidades SI, la cantidad también se expresa mediante el número de moles de sustancia, esta puede calcularse dividiendo el peso del gas por su peso molecular. 4. VOLUMEN Es el espacio ocupado por un cuerpo. 5. DENSIDAD Es la relación que se establece entre el peso molecular en gramos de un gas y su volumen molar en litros. Gas Real Los gases reales son los que en condiciones ordinarias de temperatura y presión se comportan como gases ideales; pero si la temperatura es muy baja o la presión muy alta, las propiedades de los gases reales se desvían en forma considerable de las de gases ideales. Concepto de gas ideal y diferencia entre gas ideal y real. Los gases que se ajusten a estas suposiciones se llaman gases ideales y aquellas que no se les llaman gases reales, o sea, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y otros. 4

1. - Un gas está formado por partículas llamadas moléculas. Dependiendo del gas, cada molécula está formada por un átomo o un grupo de átomos. Si el gas es un elemento o un compuesto en su estado estable, consideramos que todas sus moléculas son idénticas. 2. - Las moléculas se encuentran animadas de movimiento aleatorio y obedecen las leyes de Newton del movimiento. Las moléculas se mueven en todas direcciones y a velocidades diferentes. Al calcular las propiedades del movimiento suponemos que la mecánica newtoniana se puede aplicar en el nivel microscópico. Como para todas nuestras suposiciones, esta mantendrá o desechara, dependiendo de sí los hechos experimentales indican o no que nuestras predicciones son correctas. 3. - El número total de moléculas es grande. La dirección y la rapidez del movimiento de cualquiera de las moléculas pueden cambiar bruscamente en los choques con las paredes o con otras moléculas. Cualquiera de las moléculas en particular, seguirá una trayectoria de zigzag, debido a dichos choques. Sin embargo, como hay muchas moléculas, suponemos que el gran número de choques resultante mantiene una distribución total de las velocidades moleculares con un movimiento promedio aleatorio. 4. - El volumen de las moléculas es una fracción despreciablemente pequeña del volumen ocupado por el gas. Aunque hay muchas moléculas, son extremadamente pequeñas. Sabemos que el volumen ocupado por una gas se puede cambiar en un margen muy amplio, con poca dificultad y que, cuando un gas se condensa, el volumen ocupado por el gas comprimido hasta dejarlo en forma líquida puede ser miles de veces menor. Por ejemplo, un gas natural puede licuarse y reducir en 600 veces su volumen. 5. - No actúan fuerzas apreciables sobre las moléculas, excepto durante los choques. En el grado de que esto sea cierto, una molécula se moverá con velocidad uniformemente los choques. Como hemos supuesto que las moléculas sean tan pequeñas, la distancia media entre ellas es grande en comparación con el tamaño de una de las moléculas. De aquí que supongamos que el alcance de las fuerzas moleculares es comparable al tamaño molecular. 6. - Los choques son elásticos y de duración despreciable. En los choques entre las moléculas con las paredes del recipiente se conserva el ímpetu y (suponemos) la energía cinética. Debido a que el tiempo de choque es despreciable comparado con el tiempo que transcurre entre el choque de moléculas, la energía cinética que se convierte en energía potencial durante el choque, queda disponible de nuevo como energía cinética, después de un tiempo tan corto, que podemos ignorar este cambio por completo.

5

IV.

MATERIALES QUE UTLIZAREMOS PARA EL MONTAJE

SENSOR DE PRESION ABSOLUTA

SOFTWARE PASCO CAPSTONE

PC DE ESCRITORIO

JERINGA

6

V.

PROCEDIMIENTO

Realizaremos los siguientes procedimientos para realizar una gráfica y de esta manera encontrar la relación de presión vs volumen. a. Se recoge los instrumentos para realizar el montaje b. Conectamos la jeringa y la manguera al sensor de presión absoluta. c. El sensor de presión absoluta la conectamos al Pascocapstone. d. En el PC de escritorio abrimos el software Pascocapstone. e. Empezamos a realizar las medidas del volumen (1ml) y así sucesivamente hasta llegar a 20ml. f. Las medidas obtenidas las clasificamos en un cuadro, para de esta manera realizar la gráfica en el software antes mencionado. g. Ordenadamente devolvemos los instrumentos que se nos otorgó.

7

VI.

RESULTADOS Y ANÁLISIS

TABLA DE DATOS:

8

DE LA TABLA ANTERIOR OBTUVIMOS LOS SIGUIENTES GRÁFICOS: GRÁFICO Nº 1:

9

PRESION ABSOLUTAN vs VOLUMEN

GRAFICO Nº 2: PRESION ABSOLUTA vs INVERSA DEL VOLUMEN 10

En este grafico es donde linealizamos la curva que nos pide el segundo objetivo. También nos percatamos que a medida de que las magnitudes son más distantes la gradiente de las mismas son más variables

ECUACIONES EMPIRICAS:

Y= mx + b 11

𝐴

𝑌 = 𝑋−𝑋˳ + 𝐵 P=

P=

𝐴 𝑉−𝑉˳

+𝐵

544 𝑉−(−5.63)

+ 0,337

(𝑃 − 0,337)(𝑉 + 5,63) = 544

En donde se cumple que: P.V= cte.

VARIABLE INDEPENDIENTE: Volumen VARIALE DEPENDIENTE: Presión VARIABLE INTERVINIENTE: Temperatura

VII.

CONCLUSIONES 12

 Se logró interpretar la relación matemática para las variables presión y volumen, esto con ayuda del principio de Boyle, en un sistema isotérmico.  Logramos linealizar la curva (grafico 2) e interpretar la gradiente de las magnitudes involucradas.  Llegamos a conocer acerca del proceso a temperatura constante.  A partir de un gráfico P vs V podemos obtener datos e interpretarlos.  A temperatura constante la presión y el volumen son inversamente proporcionales.  Nos será fácil de identificar un proceso isotérmico ya que su grafica es una hipérbola.

VIII.

RECOMENDACIONES

 Asegurarse de que la manguera, del sensor de presión absoluta, no tenga orificios que ocasionen fallos en la medición de la presión.  Conectar de forma correcta el sensor de presión absoluta al Pascocapstone.  Las medidas deben de tener una aproximación a 550, si no fuese así volver a tomar las mediciones de la presión.

IX.

BIBLIOGRAFÍA

13

Burbano, S.,Burbano, E.& Gracia, C.(2013). Fisica General.Madrid: Ediciones Tébar, S.L. Hugh, Y. & Freedman, R. (2013). Física universitaria, vol.1.Sears Zemansky. Decimotercera edición (Trad. Por A. Enríquez). México D.F.:Pearson Educación -

Recuperado de: http://conceptodefinicion.de/presion/ Recuperado de: http://www.profesorenlinea.cl/fisica/GasesPropiedades.htm Recuperado de: https://www.uv.es/uvweb/master-prevencio-riscoslaborals/ca/blog/clasificacion-peligros-los-gases-comprimidos1285959319425/GasetaRecerca.html?id=1285975057897

14