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PRÁCTICA DE LABORATORIO Nº 07 TERMODINAMICA. TERMODINAMICA. GASES IDEALES.
1. OB OBJE JETI TIV VOS
1) Verifcar erifcar la Ley Ley de Boyle Boyle de los ases ases ideales. ideales. !) "e "ete ter# r#i$ i$ar ar el trab traba% a%o o reali eali&a &ado do sobr sobre e el sist siste# e#a a e$ '$ proc proces eso o isot(r#ico. ) Calc'lar Calc'lar el $*#er $*#ero o de #oles de '$a '$a ca$tidad ca$tidad de aire. aire. +) Ser capa& capa& de co$f' co$f'ra rarr e i#ple# i#ple#e$t e$tar ar e,'ipos e,'ipos para para to#a to#a de datos e-per -peri# i#e$ e$ta tale less y reali eali&a &arr '$ a$li $lisi siss r rfco fco 'til 'tili& i&a$ a$do do co#o co#o /erra#ie$ta el so0tare "ata St'dio. Capstone eTM para 2) Utili&ar el so0tare PASCO Capston para 3eri 3erifc fcac aci4 i4$ $ de par#etros estad5sticos respecto a la i$0or#aci4$ reistrada.
. MATER MATERIA IALE LES S -
-
CapstoneTM Co#p Co#p't 'tad ador ora a pers perso$ o$al al co$ co$ pro prora ra#a #a PASCO Capstone i$stalado 6$ter0ase USB Li$7 8!) Se$sor de presi4$ absol'ta Se$sor de te#perat'ra 9eri$a
!. "#NDAM "#NDAMENT ENTO O TE$RIC TE$RICO O La te%&o'(n)&(*a te%&o'(n)&(*a
La ter#odi$#ica es '$a cie$cia e-peri#e$tal ,'e est'dia los ca#bios prod'cidos e$ '$ siste#a por el i$terca#bio i$terca#bio de calor. calor. E$ ella &a*%os*-p(*as co#o la p%es(-n el o/,&en se #ide &a+n(t,'es &a*%os*-p(*as y la la te&pe%at,%a: si$ si$ i#po i#port rtar arle le la ca's ca'sa a #icr #icros osc4 c4pic pica a de los 0e$4#e$os obser3ados. A pesar ,'e los siste#as t(r#icos res'lta$ ser #'y co#ple%os: la ter#odi$#ica /a te$ido ra$ (-ito e$ res'#ir estas obser3acio$es e$ al'$as se$cillas se$cillas leyes #'y e$erales e$erales para dar dar '$a e-plicaci4$ a los 0e$4#e$os de orie$ t(r#ico. t(r#ico. 25
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E-iste '$a teor5a #icrosc4pica de los ases ideales y e$ s5 de todos los procesos t(r#icos: la #ec$ica estad5stica: pero $'estro e$0o,'e ser $eta#e$te #acrosc4pico.
Gases ('ea/es
Recibe$ este $o#bre los ases ,'e se e$c'e$tra$ #'y e-pa$sio$ados 8e$rarecidos): es decir ,'e posea$ #'y poca de$sidad y e%er&a$ poca presi4$. E$ otras palabras es '$ as e$ el c'al las i$teraccio$es e$tre las #ol(c'las so$ despreciables y esto oc'rre c'a$do la separaci4$ pro#edio de las #ol(c'las sea #'c/o #ayor ,'e el ta#a;o de los to#os y esto /ace ,'e las #ol(c'las i$teract*e$ #'y poco co$ las de#s. La ec'aci4$ de estado del as ideal< PVRTn
12
"o$de P< Presi4$ del as V< Vol'#e$ oc'pado por el as e$ el recipie$te ,'e lo co$tie$e $< ='#ero de #oles R< Co$sta$te U$i3ersal de los ases T< Te#perat'ra absol'ta e$ >el3i$ Co$ 3alores de<
Robert Boyle /i&o est'dios sobre ases ideales #a$te$idos a te#perat'ra co$sta$te 8proceso isoter#o) y obt'3o la ley ,'e lle3a s' $o#bre. P V *te
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"e la c'al pode#os afr#ar la depe$de$cia de P 3s 1?V o '$a V 3s 1?P es li$eal y la rafca so$ rectas ,'e pasa$ por el orie$. Las pe$die$tes de las rectas depe$de$ de la te#perat'ra y se deter#i$a$ de la ley del as ideal. E-iste$ otras escalas de te#perat'ras ade#s de la Celsi's y la >el3i$ co#o la Fa/re$/eit y la Ra$7i$e. Es *$ica#e$te c'a$do 'sa#os la escala de >el3i$ ,'e obte$e#os la proporcio$alidad e$tre 3ol*#e$es y te#perat'ra: la de#s escalas solo da$ '$a depe$de$cia li$eal. El /ec/o de ,'e todas las rafcas de presi4$ 3s te#perat'ra para ases ideales era$ rectas corta$do el e%e te#perat'ra e$ el #is#o p'$to 8@!.12 C) lle3o a la idea del cero absol'to de te#perat'ra y la escala de >el3i$. di0ere$cia e$tre proporcional 3 linealmente independiente es ,'e '$a rafca de dos 3ariables proporcio$ales es '$a recta ,'e pasa por el orie$ de coorde$adas: #ie$tras ,'e dos 3ariables co$ depe$de$cia li$eal la rafca '$a recta co$ '$ p'$to de i$tersecci4$ di0ere$te de cero. %o<
La
4. PROCEDIMIENTO 4.1 E5pe%(en*(a 'e /a /e3 'e Bo3/e. 6$rese al prora#a PASCO CapstoneTM: /aa clic sobre el ico$o ta6/a 3 +%)*a y se'ida#e$te reco$ocer el se$sor de te#perat'ra pre3ia#e$te i$sertado a la i$ter0ase 890 Inte%:a*e.
Se'ida#e$te procede#os a co$f'rar dic/o se$sor: para lo c'al /ace#os doble clic sobre el ico$o CON"IG#RACION y co$f'ra#os el de te#perat'ra para ,'e reistre '$ periodo de #'estreo de 1D & e$ >. L'eo presio$e el ico$o del SENSOR DE TEMPERAT#RA l'eo seleccio$e n,&;%(*o y ca#bie a ! ci0ras desp'(s de la co#a deci#al: se*$ datos proporcio$ados por el 0abrica$te el se$sor #ide e$ el ra$o de @2 C a 12 C co$ '$ paso de D.D1 C. U$a 3e& calibrado el se$sor arrastra#os el ico$o G%)*o sobre el ico$o se$sor de te#perat'ra y seleccio$a#os la rfca te#perat'ra 3s tie#po: l'eo deter#i$a la te#perat'ra a#bie$tal T D del 27
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laboratorio: para lo c'al #ide d'ra$te D se'$dos co$ el se$sor de te#perat'ra e$ el aire y l'eo calc'la el pro#edio. U$a 3e& a$otado este dato borra#os la rafca y la #edici4$ de $'estros datos. Retire el se$sor de te#perat'ra. A/ora i$serta#os el se$sor de presi4$ absol'ta. E$tra#os al ico$o CON"IG#RACION l'eo seleccio$e 3elocidad de #'estreo a 1D &: l'eo 3aya a op*(ones y e$ #'estreo #a$'al seleccio$e *onse%a% a/o%es 'e 'atos so/o s( se so/(*(ta. Re$o#bre la #edida a to#ar co#o 3ol'#e$ y las '$idades e$ #L: se*$ co#o lo p'ede 3er e$ la f'ra +.1
"(+,%a. 4.1. Co$f'raci4$ del se$sor.
Al e#pe&ar la rabaci4$ de los datos aparecer '$a 3e$ta$a e$ la c'al deber po$er el 3alor del 3ol'#e$ y as5 e$ cada 3alor ,'e seleccio$es e$tre D #L y !2 #L: el siste#a rabar solo e$ el #o#e$to ,'e se acepte el 3alor. Para f$ali&ar la rabaci4$ se seleccio$ar e ico$o de color ro%o al costado del ico$o CONSERVAR. Grabe co$ '$ paso de 2 #L: e#pe&a$do de D #L. Ase+<%ese =,e no e5(stan :,+as en /as *one5(ones> 'e eso 'epen'e /os %es,/ta'os 'e s, e5pe%(&ento.
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"(+,%a. 4.. Ho$ta%e e-peri#e$tal.
bte$a la rafca de presi4$ e$ 0'$ci4$ del 3ol'#e$ 8rafca 1): Posterior#e$te def$a la 3ariable Ine%sa 'e/ o/,&en e$ la calc'ladora: l'eo le3a$te '$ rfco de presi4$ absol'ta 87Pa) 3s i$3ersa del 3ol'#e$ 81?#L) 8rafca !). Ase*rese de /acer el correcto #o$ta%e co#o el de la f'ra +..
"(+,%a. 4.!. C'r3as obte$idas e$ el e-peri#e$to. Para dar 3alide& a los datos obte$idos de la se'$da rafca se aplicar el a%'ste li$eal y se debe te$er el 3alor de D.III 4 1.DDD e$ el coefcie$te de correlaci4$. 4. Dete%&(na*(-n 'e/ t%a6a?o en ,n p%o*eso (sot;%&(*o.
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Use el rafco 1 para deter#i$ar el rea deba%o de la c'r3a la c'al represe$ta el traba%o reali&ado sobre el aire co$te$ido de$tro de la %eri$a.
Te#perat'ra de traba%o<
Jrea ba%o la c'r3a< A P ( Vf Vi ) =
−
=
(
121.05 25−60
)
3
4236.75 kPa.cm
=−
4.! Dete%&(na*(-n 'e/ n<&e%o 'e &o/es 'e a(%e 'ent%o 'e /a ?e%(n+a.
"eter#i$e el $*#ero de #oles 'tili&a$do el 3alor de la pe$die$te y la ec'aci4$ 81) de '$a rfca de 3ol'#e$ e$ 0'$ci4$ 8te#perat'ra?presi4$).
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A,'5 traba%a#os la te#perat'ra e$ rados >el3i$< !1.D+C K !I+.1I > PV nRT =
4710 PV = =1.92 moles n= RT 8.3144 ( 294.19 )
9. C,est(ona%(o
2.1
Co#pare el traba%o e$ 0or#a porce$t'al el /allado e$ +.! y la ec'aci4$ K $ R T l$8V0 ?Vi). E-pli,'e las di0ere$cias W = 1.92 ( 8.31 ) ( 294.19 ) ln
( ) 25 60
3
= 4209.33 kPa.cm
3
W = 4236.75 kPa.cm
El error se debe al #o#e$to de #a$ip'lar los i$str'#e$tos y al error /'#a$o . 2.!
El 3alor obte$ido del $*#ero de #oles e$ +. es aceptableM: E-pli,'e.
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allar '$ 3alor te4rico del $*#ero de #oles: co$ocie$do s' te#perat'ra: de$sidad del aire: altit'd: presi4$ at#os0(rica y 3ol'#e$ i$icial.
Presi4$ at#os0(rica e$ Are,'ipa K 2.21 7Pa Te#perat'ra K !I+.1I Vol'#e$ K D #L
( 75.516)( 60 ) PV = =1.85 molesvalor te órico n= RT 8.3144 ( 294.19 )
PV 4710 = =1.92 molesvalor experimental n= RT 8.3144 ( 294.19 )
2.
Si rafca Vol'#e$ 3s i$3ersa de la presi4$: NO'( tipo de a%'ste le toca /acer a/oraM NO'( si$ifcado 05sico posee la pe$die$teM
E$ este tipo de rafca la ra&4$ es de proporcio$alidad e$tre el 3ol'#e$ y la i$3ersa de la presi4$: es decir: si el 3ol'#e$ a'#e$ta: la i$3ersa de la presi4$ ta#bi($. Cada isoter#a represe$ta '$a l5$ea recta: c'ya relaci4$ #ate#tica es yKa-b. E$to$ces el 3ol'#e$ estar5a dado por< VK7Q1?P "o$de 7 es la pe$die$te d ela recta y debe de ser co$sta$te.
2.+
NSe c'#ple la ley de BoyleM: NPor ,'(M. F'$da#e$te s' resp'esta. Si se c'#ple la ley de Boyle por,'e a #edida ,'e el 3ol'#e$ de la %eri$a dis#i$'ye: la presi4$ a'#e$ta e$ proporci4$ y te#perat'ra co$sta$te e$ todo el e-peri#e$to.
2.2
E$ la reali&aci4$ de esta prctica NC'l 0'e el co#porta#ie$to de la te#perat'ra del aire de$tro de la %eri$aM. E-pli,'e #edia$te '$ rfco.
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A #edida ,'e el 3ol'#e$ 0'e dis#i$'ye$do la te#perat'ra a'#e$taba liera#e$te e-cept'a$do '$a liera dis#i$'ci4$ c'a$do el 3ol'#e$ 0'e de +2 y D #l: pero e$ e$eral se #a$t'3o.
2.
Si e$ la pre'$ta a$terior la te#perat'ra se podr5a decir ,'e 0'e co$sta$te: si es as5. NC'l es el ca#bio de s' e$er5a i$ter$a del siste#aM. H'estre el 3alor. E$ '$ proceso isot(r#ico la 3ariaci4$ de la e$er5a depe$de de la 3ariaci4$ de la te#perat'ra. Co#o est a D e$to$ces $o e-iste 3ariaci4$ de la e$er5a i$ter$a y el calor 3ie$e a ser el traba%o del siste#a.
2.
Graf,'e y describa otros procesos ter#odi$#icos 8'tilice rfcos y es,'e#as) y NC4#o estos se podr5a$ i#ple#e$tar e$ el laboratorioM. Proceso 6sobrico
Proceso isocorico
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Proceso adiabtico
Proceso 6soter#ico
@. PROBLEMAS
.1
U$a lla$ta de '$ a'to#43il se i$a orii$al#e$te a 1D oC y presi4$ $or#al. "'ra$te el proceso se co#pri#e aire a ! de s' 3ol'#e$ orii$al y la te#perat'ra a'#e$ta a +D oC NC'l es la presi4$ e$ la lla$taM
"atos< T1K 1D K ! > P1K 1.D1Q1D2 Pa V1K V V!K !V K D!V T!K +DC K 1 > P 1
V 1 T 1
= P
P 2= P1
V 2 2
T 2
( )
V 1 T 2 V 2 T 1
5
=1.01∗10
(
V
)( )= 313
0.28 V
34
283
398.95 kPa
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.!
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U$a #asa de /idroe$o oc'pa '$ 3ol'#e$ de D # a !D oC y !>=? c#!. NC'l es s' 3ol'#e$ a – 2 oC y >=? c# ! M P1
V 2=
V 1 T 1
= P
2 ( 80 )( 268.15 )
( 293.15 )( 6 )
V 2 2
T 2
= 24.4 cm
3
7. APLICACI$N A LA ESPEC6AL6"A" 8Se prese$ta dos aplicacio$es del te&a %ea/(a'o: aplicados a s' especialidad)
.1
.!
8. OBSERVACIONES
.1
.!
. CONCL#SIONES
I.1 I.!
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10.
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BIBLIOGRA"IA se+
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