UNIVERSIDAD DE LA SALLE FACULDAD FACULDAD DE INGENIERIA I NGENIERIA
LEY DE BOYLE
Alejandro Alejandro Fuentes Fuentes 1, Erika Zamrano 1 1 In!enieria Amiental " Sanitaria, In!enieria de Alimentos Uni#ersidad De La Salle$
RESUMEN
La %r&'ti'a de laoratorio 'onsisti( &si'amente en 'om%roar la le" de o"le, en la 'ual, %or medio de un sen'illo e)%erimento se determin( el 'amio de #olumen en *un'i(n del 'amio de %resi(n, a una tem%eratura 'onstante, en una 'olumna de aire$ + as 'om%roamos las di*erentes %ro%iedades -ue tienen los !ases " determinamos las #ariales 'on las -ue estas se rela'ionan, esto se determino %or medio de un man(metro, -ue tenia un tuo 'a%ilar el 'ual 'ontena .er'urio /0! en su interior, en donde se le 2a'ia %resi(n %or medio del man(metro " 'on estos elementos a'udir ala e'ua'i(n 3V45 " de esta manera as 2allar al!unos datos %ara lue!o !ra*i'ar " saer si la !ra*i'a determinada era la misma de las Lneas Isotermas %ara un !as ideal$ Palabras claves: Le" de 6o"le, %resi(n, #olumen, !ases, aire$
Abstract
0e la test 'onsisted on 6o"le7s la8, in 82i'2, " means o* a sim%le e)%eriment t2e #olume '2an!e 8as determined ased on '2an!e o* %ressure at a 'onstant tem%erature, in a 'olumn o* air$ And 8e '2e'k t2e di**erent %ro%erties t2at 2a#e !as and determine t2e #ariales 8it2 82i'2 t2e" relate$ 92is 8as determined " a manometer , 82i'2 2ad a 'a%illar" tue 82i'2 'ontained .er'ur" /0! 8it2in it , 82ere it is to %ressure " t2e %ressure !au!e and 8it2 t2ese elements 'ome 8in! 3V 4 5 and t2us 8ell *ind some data and t2en %lot t2e !ra%2 determined 82et2er it 8as o* t2e isot2ermal lines *or an ideal !as$ Keywords: 6o"le7s La8, %ressure, #olume, !ases, air$
En esta %ra'ti'a estudiamos la e'ua'ion de estado de una 'antidad de
1. !tr !trod od"c "cc# c#o! o!:: 1
aire en'errada en un re'i%iente de *orma -ue %odemos #ariar /" medir simultaneamente su #olumen, su %resion " su tem%eratura$ Ello nos %ermite 'om%roar si seCom%orta 'omo un !as ideal en las 'ondi'iones del e)%erimento$ En %arti'ular, 'om%roamos si se 'um%len las le"es de 6o"le$
3ara dos estados di*erentes 1 " =, la le" im%li'a? 31V1 4 3= V= Es de'ir, si se e)%lora el 'om%ortamiento *si'o de un !as de a'uerdo 'on la le" de 6o"le " asumiendo 'om%ortamiento ideal, se %uede 'on'lur -ue, a tem%eratura 'onstante?
$. Marco teor#co
Los &tomos " mol:'ulas, en el estado !aseoso, se 'om%ortan 'omo 'entros %untuales de masa -ue s(lo en el ran!o de las altas %resiones " ajas tem%eraturas son a*e'tadas %or las *uer;as atra'ti#as$ Fuera de estos lmites, las %ro%iedades *si'as de un !as deen %rin'i%almente al mo#imiento inde%endiente de sus mol:'ulas$
Si se du%li'a la %resi(n sore una masa dada de !as, su #olumen se redu'e a la mitad$ Si el #olumen de una masa dada de !as se tri%li'a, la %resi(n se redu'e en un ter'io$ Es usual en los e)%erimentos sore la le" de 6o"le otener un 'onjunto de datos de %resi(n " #olumen, los 'uales se %ueden re%resentar !r&*i'amente %ara otener el #alor de k$ Un !r&*i'o de 3 #ersus V /*i!ura 1@$1 da 'omo resultado la 2i%:rola 'ara'tersti'a -ue 'orres%onde a la e'ua'i(n 1@$1$ Si se re%ite el e)%erimento a tem%eraturas di*erentes se !enera una *amilia de 2i%:rolas, " deido a -ue la tem%eratura es 'onstante a lo lar!o de 'ada lnea, :stas 'ur#as se denominan isotermas$
Si se 'onsidera a un !as 'ontenido en un re'i%iente, la %resi(n -ue :ste ejer'e es la *uer;a %or unidad de &rea sore las %aredes deida a los im%atos el&sti'os de las mol:'ulas$ Roert 6o"le des'uri( en 1<<= la rela'i(n matem&ti'a entre la %resi(n " el #olumen de una 'antidad *ija de !as a tem%eratura 'onstante$ Se!>n la le" de 6o"le, el #olumen de una masa dada de !as #ara en *orma in#ersamente %ro%or'ional a la %resi(n 'uando la tem%eratura se mantiene en un #alor *ijo$ La e)%resi(n matem&ti'a de la le" se es'rie? 3 ) V 4 k isot:rmi'o
/%ro'eso
La ma!nitud de la 'onstante k es *un'i(n de la 'antidad -umi'a de !as " de la tem%eratura$ 2
Fi!ura 1@$1 Re%resenta'i(n !r&*i'o de la le" de 6o"le
= 3osteriormente se %esa el 'alormetro solo$ @ Se 'one'ta el 'ir'uito -ue %ermite medir #oltaje " 'orriente, B Se toman los datos de 'orriente " #oltaje 'ada dos minutos durante #einte minutos$ Al *inali;ar, se des'on'eta el 'ir'uito e inmediatamente se midio la te%eratura$
3ara en'ontrar el #alor de k, se re%resenta la %resi(n 'omo una *un'i(n del in#erso del #olumen 'on el *in de otener una lnea re'ta /*i!ura 1@$=$ A%li'ando el m:todo de los mnimos 'uadrados se %uede tener el mejor estimati#o de k$
). Res"ltados: %. Mo!ta&e y 'roced#(#e!to
< ml0! <, 'm0! 1%a4 ) 10−4 'm de 0! 1atm41,1@ ) 105 %a < mm de 0!4 1,1@) 105 %a 3a4 3atm 30! 30!4 30! !2 3*4@ 5%a 9o4 = C
5
1,013 x 10 Pa
760 mmHg Patm=565 mmHg ¿
Mater#ales: A!ua #oltmetro Am%ermetro Calormetro 9erm(metro Fuente Cales Resisten'ia
4 @@,< 3a
•
3o4 3atm 30! 3o4 @,< 3a 1=, 3a 3o4 <H,@1 3a
• • • •
3*o4 1 3a −3 2 −7 Vfr= π ( 0.071 ) ( 1.35∗10 ) =4.06∗10
• • •
PoVo= PfVf
( 76509.31 ) ( 3.95∗10 5 )= ( 65509.31 ) ( 4.06 10 7 ) −
Proced#(#e!to:
1
−
0.30= 0.27
Se toman = ! de a!ua en el 'alormetro " se midio la tem%eratura ini'ial de este$
∆P
1 k%a = k%a 3
haire ,1 ,
@ k%a B k%a k%a < k%a
+. ,o!cl"s#o!es
H,= 1=,B 1, =,H
•
Chart Title 30 25
25 20
17.7
15 10 7.1 5
Se 'on'lu"e mediante el an&lisis de resultados -ue el #olumen aumenta 'uando la %resi(n disminu"e, " -ue 'uando la %resi(n aumenta el #olumen disminu"e, es de'ir se %resenta una rela'i(n in#ersamente %ro%or'ional$
12.4 7.5
9.2
•
0 10 kpa 20 kpa 30 kpa 40 kpa 50 kpa 60
Gra*i'a 1$ 3resi(n #s Volumen *. A!al#s#s de res"ltados:
Se 'om%ruea la le" de 6o"le "a -ue al reali;ar los res%e'ti#os '&l'ulos se 2a'e notorio -ue o'urrio un 'amio del #olumen 'uando la %resi(n del !as aumento %or medio del man(metro, %ermitiendo as la 'om%roa'i(n de esta le" " la im%ortan'ia -ue esta tiene %ara el estudio de los !ases$
•
Se estale'e el 'amio de #olumen de una 'olumna de aire en *un'i(n del 'amio de %resi(n a tem%eratura 'onstante tomando en 'uenta *a'tores e)ternos 'omo la %resi(n atmos*:ri'a " la %resi(n -ue ejer'e el mer'urio$
9ami:n %uede 'om%render mejor el 'on'e%to de %resi(n "a -ue %ara otener la le" de 6o"le tiene -ue 'al'ular la %resi(n a la -ue se en'uentra sometido el aire 'ontenido en la 'olumna utili;ada en el laoratorio$
-. B#bl#ora/#a 2tt%?888$edu'a%lus$or!!asesl e"Jo"le$2tml
El #olumen es in#ersamente %ro%or'ional a la %resi(n "a -ue a medida -ue se aumenta la %resi(n el #olumen disminu"e$La !ran #entaja de los !ases 'on res%e'to a los s(lidos " los l-uidos es -ue tienen un 'om%ortamiento semejante *rente a las #aria'iones de %resi(n " tem%eratura$
•
•
•
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2tt%?*is$'ie$uma$esKra*aroala*i s'a*isJ*ilesFISaJ!uide$%d* 30+SICS FR SCIEN9IS9S M ENGINEERS I90 .DERN 30+SICS C3+RIG09 1HH<, 1HH, 1H<,
1H=, 6" Ra"mond A$ Ser8a", 6" Saunders Colle!e •
Fsi'a, 9omo I, Cuarta Edi'i(n, Ra"mond A$ Ser8a" Editorial$ .'Gra8O0ill
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