TERMÓMETRO DE GAS A VOLUMEN CONSTANTE
Resumen
Esta experiencia consiste en cuantificar la temperatura determinando la
presión interna en un termómetro de gas a volumen constante colocándolo en agua a temperaturas de aproximadamente 0 y 100 °C. Palabras clave
Termómetro, presión atmosférica, gas ideal.
ACEVEDO CARRERA ALBERTO, ALMEIDA ZAMORA BILGAI, CHÁVEZ PADILLA ISACK ALEJANDRO, ESTRADA DORADO SANDINO, MORENO LÓPEZ MARÍA FERNANDA
INTRODUCCIÓN La importancia de los termómetros de gas a volumen constante es que se utilizan para para calibr calibrar ar otros otros termóm termómetr etros. os. Se compon compone e de una bombil bombilla la llenad llenada a con con una cantidad fija de un gas diluido que se adjunta a un manómetro de mercurio. Un manómetro es un instrumento utilizado para medir la presión del gas. El manómetro de mercurio tiene una columna parcialmente llena de mercurio que está conectado a un tubo tubo flexib flexible le que tiene tiene otra otra column columna a parcia parcialme lmente nte llena llena del mercur mercurio, io, llamad llamado o depó depósi sito to,, que que se adju adjunt nta a al otro otro extre extremo mo.. La altu altura ra del del merc mercur urio io en la prim primer era a columna se fija a un punto de referencia o la presión P que debe permanecer en él, mientras que al mercurio en el depósito se le permite moverse arriba y abajo en relación con una escala o una regla.
Cuando la temperatura de un gas ideal aumenta, hay un aumento correspondiente en la presión. A la inversa, cuando la temperatura disminuye, también lo hace la presión. Los termómetros de gas a volumen constante operan bajo el mismo principio, con las restricciones de que el gas está a baja presión y la temperatura del mismo es muy superior a la de licuefacción.
MATERIALES Para la determinación de datos se utilizaron los siguientes instrumentos y materiales que a continuación son descritos. Se utilizó un termómetro de gas a volumen constante (TGVC), bomba mecánica, válvula, sensor de presión, interface y computadora con software DataStudio, calentadora eléctrica con agua y una
mezcla de agua y etilenglicol colocado en un baño circulador. La precisión de los aparatos es la mínima.
MÉTODOS En primera instancia es necesario poner a hervir y enfriar agua en sus respectivos recipientes. Asimismo se debe armar el TGVC de la siguiente manera: en cada una de las tres entradas/salidas que tiene el tubo que está conectado a la esfera metálica se conecta la válvula (para aumentar o disminuir la cantidad de aire encerrado), la bomba mecánica (para extraer aire cuando se quiera disminuir la presión interna por debajo de la atmosférica) y el sensor de presión (el cual debe estar conectado a la interface conectada a la computadora).
Para hacer uso de estos instrumentos se deben considerar las siguientes condiciones: medir la temperatura del medio ambiente, del baño caliente y frío. Ahora bien, con el TGVC se mide la presión del medio ambiente, de los sistema caliente y frío colocando el termómetro en contacto térmico con cada uno de ellos. Este procedimiento debe realizarse al menos 5 veces extrayendo cada vez más aire del TGVC con la bomba mecánica para distintas mediciones.
RESULTADOS A continuación se presentan las mediciones iniciales de cada uno de los medios en observación:
Medio
Temperatura inicial (°C)
Presión inicial (kPa)
Ambiente
24.4
113.5±0.2
Baño caliente
97
102.5±0.3
Baño frío
0.1
140
Posteriormente se cambió la concentración de gas en el TGVC. Las nuevas mediciones fueron:
Medio
Temperatura (°C)
Presión (kPa)
Ambiente
24.4
67.2±0.2
Baño caliente
97
84
Baño frío
0.1
62
Nuevamente se cambia la presión dentro del termómetro obteniendo:
Medio
Temperatura (°C)
Presión (kPa)
Ambiente
24.4
64
Baño caliente
97
79.2
Baño frío
0.1
58.7
Finalmente, se realizó un último cambio de presión. Se obtuvieron los siguientes datos:
Medio
Temperatura (°C)
Presión (kPa)
Ambiente
24.4
57.4
Baño caliente
97
72
Baño frío
0.1
57.4
Gráficas PT y PV
CONCLUSIONES En el caso de estos procesos isocóricos, tenemos que la variación de volumen es cero, por lo tanto el trabajo aplicado o extraído del sistema es cero. Para este tipo de procesos el diagrama pV es una línea recta en el cual va desde el volumen y presión en el punto triple hasta los mismos parámetros en el punto de fusión normal. Para el caso de pT tenemos una función lineal con pendiente distinta de cero. Los diagramas nos muestran que el sistema siguió el proceso esperado con un error de 0.29 %, lo cual entra en el rango de lo aceptable (0-15%), por lo cual podemos decir que el termómetro de gas a volumen constante es un método confiable.
REFERENCIAS Young, H., Freedman, R., Ford, A. and Sears, F. (2004). Sears and Zemansky's university physics. San Francisco: Pearson Addison Wesley. Zemansky, M. (1957). Heat and thermodynamics. New York: McGraw-Hill.
