INGENIERIA CIVIL
.
n = Moles de Gas R = Constante universal de los gases ideales T = Temperatura absoluta
-
LABORATORIO PROCESO ISOTERMICO
El mol es la unidad con que se mide la cantidad de sustancia,, una sustancia una de las las siet sietee magni magnitudes tudes físic físicas as fundamentales del Sis Sistem temaa Int Intern ernaci aciona onall de Unidades.. Unidades
1. FORMU FORMULAC LACIÓ IÓN N DEL DEL PROB PROBLE LEMA MA
Dada Dada cualqu cualquier ier sustan sustancia cia (eleme (elemento nto quí químic mico, o, compuesto o material) y considerando a la vez un cier cierto to tipo tipo de enti entida dade dess elem elemen enta tale less que que la componen, se define como un mol a la cantidad de esa esa sust sustan anci ciaa que que cont contie iene ne tant tantas as enti entida dade dess elementa elementales les del tipo considera considerado, do, como átomos hay en 12 gramos de carbono-12 carbono-12..
Verificar experimentalmente experimentalmente la Ley de Boyle Determinar el número de moles 2. REVIS REVISIÓ IÓN N BIBL BIBLIO IOGRÁ GRÁFI FICA CA
Revisar los conceptos y expresiones de: -
Numero de moles
Ecuación de estado ideal del gas ideal
El núme número ro de unid unidad ades es elem elemen enta tale less – átomos, átomos, moléculas,, iones moléculas iones,, electrones electrones,, radicales u otra otrass partículas o grupos específicos de éstas– existentes en un mol de sustan sustancia cia es, por definic definición ión,, una constante que no depende del material ni del tipo de partícula considerado. Esta cantidad es llamada número de Avogardo (NA) y equivale a:
La ley de los gases ideales es la ecuación de estado del del gas gas idea ideal, l, un gas gas hipo hipoté téti tico co form formad adoo por por partículas puntuales, sin atracción ni repulsión entre ellas y cuyos choques son perfectamente elásticos (conservación de momento y energía cinética). Los gases reales que más se aproximan al comp compor orta tami mien ento to del del gas gas idea ideall son son los los gase gasess monoatómicos en condiciones de baja presión y alta temperatura. Empíricamente, se observan una serie de relaciones entre la temperatura, la presión y el volumen que dan lugar a la ley de los gases ideales.
Para la obtención del numero de moles de cier cierta ta sust sustan anci cia, a, se debe debe real realiz izar ar la siguiente operación:
Dicha Dicha ecuaci ecuación ón esta esta expres expresada ada de la siguie siguiente nte manera:
n = masa sustancia / Masa molar o peso atómico de la sustancia
PV = nRT
Donde:
-
P = Presión V=
Constante Universal Universal de los Gases:
La constante universal de los gases ideales es una constante constante física que relaciona relaciona entre sí diversas diversas funciones de estado termodinámicas,
Volumen
1
INGENIERIA CIVIL
.
d) Desocupe totalmente el cilindro, de tal manera que
estableciendo esencialmente una relación entre la energía, la temperatura y la cantidad de materia.
pueda iniciar el registro de datos correctamente. e) Registre en la tabla de datos los valores de altura y presión. f) Calcule el volumen para cada altura. g) Realice la gráfica de presión en función del volumen.
En su forma más particular la constante se emplea en la relación de la cantidad de materia en un gas ideal, medida en número de moles (n), con la presión (P), el volumen (V) y la temperatura (T), a través de la ecuación de estado de los gases ideales:
4. DATOS OBTENIDOS Y CALCULOS TABLA No. 1
PV = nRT
Volumen Total (m3) 5,50E-04 + 1,00E-05
El valor de la constante universal de los gases (R) es, en distintas unidades: R = 0,08205746 L*atm*K -1*mol-1
Formula del Volumen del Cilindro:
R = 8,311472 J*K -1*mol-1
V = [π(r^2)]h
R = 62,36367 L*mmHg*K -1*mol-1 R = 8,205746*10-5 m3*atm*K -1*mol-1
3. PRÁCTICA EXPERIMENTAL
Altura Total (m) 0,485 + 0,001
V = Ah
Donde A es el área de la base (circunferencia) y h la altura del cilindro. Despejando el área: A = V/h
Material Utilizado
Calculando: -
Aparato de la ley de Boyle y sus accesorios 2 Mangueras flexibles de presión, un tubo de cristal de longitud 50cm y diámetro 5cm Barra soporte y prensa Regla Agua
A = 1,13E-03 m2 PROPAGACION DEL ERROR EN EL AREA DE LA BASE DEL CILINDRO: Formula del Área del Cilindro:
Procedimiento
a) Realice la conexión de las mangueras de la entrada y salida del agua. b) Revisar que la válvula de seguridad este funcionamiento correctamente. c) Para determinar el volumen total del recipiente, hale la válvula de seguridad, y llene el cilindro con agua, luego desocúpelo en un Beaker o en una probeta y registre el volumen total, junto con la altura del cilindro.
A = V/h
Donde V es el volumen del cilindro y h su altura. Fórmula para el cálculo de la propagación del error:
ΔA =
2
[(1/h)^2*(ΔV)^2] + [(V/h^2)^2*(Δh)^2]
INGENIERIA CIVIL
.
TABLA No. 2 PRESION (Pa)
ALTURA ( m )
VOLUMEN ( m3 )
1,00E+05
+ 0,10E+05
0,435
+ 0,001
4,933E-04
+
9,1E-06
1,10E+05
+ 0,10E+05
0,380
+ 0,001
4,309E-04
+
7,97E-06
1,20E+05
+ 0,10E+05
0,335
+ 0,001
3,799E-04
+
7,04E-06
1,30E+05
+ 0,10E+05
0,297
+ 0,001
3,368E-04
+
6,27E-06
1,40E+05
+ 0,10E+05
0,271
+ 0,001
3,073E-04
+
5,74E-06
1,50E+05
+ 0,10E+05
0,248
+ 0,001
2,812E-04
+
5,27E-06
1,60E+05 1,70E+05
+ 0,10E+05 + 0,10E+05 2
0,231 0,215
+ 0,001 + 0,001
2,620E-04 2,438E-04
+ +
4,93E-06 4,6E-06
ΔA = 2,08E-05 m Por lo tanto: Área (m 2) = 1,13E-03 + 2,08E-05
•
Luego realice la gráfica de Log P vs Log V. Ajuste linealmente utilizando el método de mínimos cuadrados. Obtenga la pendiente y el punto de corte y encuentre la ecuación de la recta.
PROPAGACION DE ERROR EN EL VOLUMEN Formula del Volumen: V = A*h
Donde A es el área del cilindro y h es la altura de gas en el cilindro. ΔV =
[(h^2)*(ΔA^2)] + [(A^2)*(Δh^2)]
La pendiente para la ecuación de la recta es:
Con la formula anterior para el cálculo de la incertidumbre del empuje se obtuvieron los valores correspondientes para cada uno de los datos obtenidos en laboratorio. ΔV1 ΔV2 ΔV3 ΔV4 ΔV5 ΔV6 ΔV7 ΔV8
m = -4E-09
Los puntos de corte son:
9,1E-06 7,97E-06 7,04E-06 6,27E-06 5,74E-06 5,27E-06 4,93E-06 4,6E-06
Volumen = 0 m 3 , Presión = 0,0008 Pa Presión = 0 Pa, Volumen = 2,00E+05 m 3
La ecuación de la recta linealizada es: y = -4E-09x + 0,0008
Los datos anteriormente presentados fueron obtenidos mediante el programa Microsoft Excel.
ANÁLISIS Y RESULTADOS •
•
Graficar la presión P contra el volumen V. Linealice la gráfica por medio de logaritmos.
3
Determine el número de moles de gas contenido en el experimento.
INGENIERIA CIVIL
.
Para la determinación del número de moles se utiliza la ecuación de gas ideal:
BIBLIOGRAFÍA
PV = nRT
Despejando de la anterior ecuación n (número de moles): n=
PV RT
Para el cálculo del número de moles se elaboró la siguiente tabla: TABLA No. 3 P (Pa)
V (m3)
PV
RT
n (mol)
1,00E+05
4,933E-04
4,933E+01
2,44E+03
2,025E-02
1,10E+05
4,309E-04
4,740E+01
2,44E+03
1,945E-02
1,20E+05
3,799E-04
4,559E+01
2,44E+03
1,871E-02
1,30E+05
3,368E-04
4,378E+01
2,44E+03
1,797E-02
1,40E+05
3,073E-04
4,302E+01
2,44E+03
1,766E-02
1,50E+05
2,812E-04
4,219E+01
2,44E+03
1,731E-02
1,60E+05
2,620E-04
4,191E+01
2,44E+03
1,720E-02
1,70E+05
2,438E-04
4,145E+01
R (J/mol*K)=
8,311472
2,44E+03
1,701E-02
n promedio
1,820E-02
T (K) = 293,15
El resultado del número de moles no fue exacto para los datos tomados, como debería de ser, pues se está trabajando en un proceso isotérmico, en el que sólo estamos variando la presión y el volumen, por lo que el número de moles esperado en cada caso debería ser el mismo en todos. Por lo anterior se saco el promedio y su respectiva incertidumbre por medio del método de error cuadrático, obteniendo el siguiente resultado: n = 1,820E-02 + 4,13E-04 mol
4
-
Sears, ZEMANSKY Volumen 1, 11ª Edición .
-
www.google.com
