LABORATORIO DE TERMODINÁMICA
Práctica #9 Ley de Boyle-Mariotte Boyle-Mariotte
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”
Integrantes: García Hernández Francisco Moisés Grupo de teoría: 13 Luz López Erick Francisco Grupo de teoría: 03 Benítez Rubín Edgar Josué Grupo de Teoría: 12 Mogollán Ferrusquia Ferrusquia Ángel Ángel Leonardo Grupo de teoría: 03
Grupo de laboratorio: 02
Fecha de entrega: 14/10/2013
OBJETIVOS
Comprobar la ley de Boyle-Mariotte.
Obtener la curva que relaciona las variables volumen y presión (V,P).
Calcular el trabajo aplicado por o sobre el sistema (compresión o expansión).
Calcular el valor del índice “n” para el proceso realizado.
INTRODUCCIÓN Boyle realizó un experimento, en el que usó un tubo de vidrio en forma de U cerrado de una de sus boquillas, y en el que había colocado mercurio en su parte central, dejando aire encerrado en el extremo de la boquilla cerrada; comenzó a añadir más mercurio hasta conseguir un desnivel, con el cual calculó un aumento de presión en el aire encerrado en el extremo de la boquilla cerrada y a su vez una disminución de volumen del mismo, concluyendo que a mayor presión en un gas, su volumen será menor, o dicho de otra manera, la presión de un gas es inversamente proporcional a su volumen.
Y añadiendo una constante de proporcionalidad:
Esto es conocido actualmente como ley de Boyle – Marriotte ya que ambos personajes llegaron a las mismas conclusiones con algunos años de diferencia pero sin que ninguno de los dos tuviera noticias del otro. Es de destacar que esta es una ley de suma importancia ya que mediante ella se puede tener una idea acerca del comportamiento de los gases además de ayudar en la descripción del comportamiento que debe tener un gas para poder recibir el trato de ideal. En la actualidad algunas aplicaciones de esta ley se puede ver en el motor de combustión interna, en el al provocar ignición, el combustible se expande provocando un aumento en la presión dentro del cilindro empujando al embolo que a su vez transmite este movimiento a las ruedas. Cada ciclo se considera a temperatura constante ya que se lleva a cabo a gran velocidad y por ello el incremento de temperatura en cada ciclo es mínimo.
METODOLOGÍA Cantidad Descripción 1
Aparato de Mariotte-Leblanc
1) Liberar el tornillo de la pinza de presión que se ubica en la manguera de látex hasta que ambas ampolletas del aparato de Mariotte-Leblanc lleguen al mismo nivel de mercurio. 2) Apretar el tornillo de la manguera de sujeción para dejar confinado el volumen de aire a la presión atmosférica y registrar el valor de las condiciones ambientales, así como el volumen inicial del aire. 3) Variar la presión de la columna de mercurio para comprimir o expansionar el aire (la variación del incremento de presión será a criterio del profesor), se recomienda que el incremento sea de 1[cmHg] y registrar los valores. 4) Con los valores registrados de volumen y presión, calcular el trabajo aplicado por o sobre el sistema y obtener el gráfico (V,P). 5) Obtener la gráfica que represente el proceso.
DESARROLLO 1) Primero nos aseguramos de que la pinza de presión estuviera liberada, y así lo estaba, por lo que los niveles de mercurio en ambas ampolletas eran el mismo, es decir, que sobre los dos meniscos de mercurio actuaba la presión atmosférica. 2) Cerramos la pinza de presión. 3) Registramos las condiciones ambientales iniciales, así como las codiciones iniciales del sistema del aparato de Mariotte-Leblanc. 4) Subimos 2[cm] la ampolleta que tenía el menisco de mercurio expuesto a la presión atmosférica, y al estabilizarse los dos meniscos de mercurio, registramos la diferencia de alturas que había entre ellos y el volumen que ocupaba el aire contenido en la ampolleta que estaba aislada de la presión atmosférica. 5) Realizamos el paso anterior dos veces más.
RESULTADOS Presión atmosférica 77 144,64[Pa]
Evento 1 2
V[ml] 26,2 23,4
Temperatura ambiente
Volumen inicial en [ml]
Volumen inicial en [m3]
21[°C]
26,2
26,2x10
V[m3]
Z[cm] Prel[cmHg] -6
26,2x10 -6 23,4x10
0 2
0 1,2
-6
Prel[Pa]
Pabs[Pa]
W[J]
0 1 596,096
77 144,64 78 740,736
0 0,228
3 4
22,2 21
Evento
-6
22,2x10 -6 21x10
V[m3]
4 6
2,4 3,1
3 192,192 4 123,248
80 336.832 81 267,888
0,097 0,099
Pabs[Pa]
W[J]
n
-6
77 144,64
0
-6
78 740,736 80 336.832 81 267,888
0,228 0,097 0,099
0,185 0,381 0,207
1
26,2x10
2 3 4
23,4x10 -6 22,2x10 -6 21x10
Valor de n entre el último y el primer valor: n=0,235 Gráfica.
CONCLUSIONES García Hernández Francisco Moisés. Hubo un problema con la práctica, el cual fue el posicionamiento inicial de la ampolleta que se encontraba expuesta a la presión atmosférica, ya que al i ncrementar su altura para obtener las diferencias de presión con respecto a la ampolleta aislada de la presión atmosférica, cuando intentamos medir el cuarto valor desplazado el mercurio se quedó completamente fuera de la ampolleta, conteniéndose únicamente en la manquera que conectaba a ambas, causándonos imprecisiones muy significativas en las diferencias de alturas entre los meniscos de mercurio, por lo cual realizamos los cálculos y análisis únicamente con los 3 valores registrados en las tablas anteriores, que nos mostraron una posible tendencia de n hacia el valor de 1 (valor que es propio de un proceso isotérmico) el cual no puede ser estrictamente 1 ni superior a él, ya que el proceso estrictamente isotérmico es solo una idealización. Las aplicaciones de la ley de Boyle-Mariotte a nivel industrial las encontramos en procesos que requieren una temperatura constante y variaciones en la presión o volu men, como podría tratarse del envasado de bebidas gasificadas, el almacenamiento de gases a alta presión en tanques de volúmenes reducidos para su empleo dosificado, como en la soldadura autógena, donde se manejan dos tanques, uno con oxígeno y otro con acetileno, de los cuales es muy importante la dosificación del aporte de su contenido para obtener una adecuada combustión requerida para fundir lo que se quiera soldar.
Luz López Erick Francisco. La comprensión del comportamiento de los gases es una necesidad en el estudio de la ingeniería pues en la practica profecsional las sustancias en ese estado son ampliamente usadas, desde mi punto de vista los sin el correcto estubio del comportamiento de los gases el desarrollo tecnológico seria otro muy distinto al que se vive. Aun cuando estos conceptos son ampliamente vistos y estudiados teóricamente, la oportunidad de verlos y estudiarlos dentro de un laboratorio es una exelente ayuda para su asimilación. La practica actual me pareció aun que sencilla, suficiente para cumplir con los objetivos propuestos desde un inicio. Durante la realización de la practica el único problema que me pareció importante es la imposibilidad de saber sin mucho detenimiento si el nivel de mercurio es estable y por ello si no se realiza correctamente el resultado puede variar.
Resumiendo, la practica cumple con sus objetivos aun que es un poco confusa en cuanto a su metodología.
Mogollán Ferrusquia Angel Leonardo: En la práctica pudimos observar la relación que existe entre el volumen de un gas seco el cual varía inversamente con la presión ejercida sobre él si la temperatura permanece constante, cabe destacar que al analizar los resultados llegamos a la conclusión que obtuvimos un cierto porcentaje de error porque realizamos alguna medición mal o quizá el material, esta ley es una más que se debe de cumplir para decir que hablamos sobre un gas ideal, ya que al decir que es un gas ideal debe cumplir con las siguientes características: el número de moléculas es despreciable comparado con el volumen total de un gas, no hay
fuerza de atracción entre las moléculas, las colisiones son
perfectamente elásticas y si evita temperaturas extremadamente bajas y las presiones muy elevadas, podemos considerar que los gases reales se comportan como gases ideales. Así como también con la Ley de Charles, Ley de Boyle-Mariotte y Ley de Avogadro. La aplicación de la ley de boyle-Mariotte la podemos ver en los globos aerostáticos, también en los motores ya sea gasolina, gas o diésel y se presenta en la combustión interna, ya que en el primer tiempo ingresa aire al cilindro con un volumen y presión “1”,
en el segundo tiempo se disminuye el volumen al aumentar la presión de este, de aquí en adelante interviene un cambio de temperatura que genera una explosión y expulsa los gases con un volumen y presión “2”.
Benítez Rubín Edgar Josué: Primero que nada podemos observar un pequeño error en la toma de datos ya que los resultados obtenidos, a pesar de que se acercan a los valores deseados se encuentran un poco alterados, aunque puedo afirmar que los objetivos de e sta práctica fueron cumplidos ampliamente, ya que pudimos observar cómo es que se comportan los gases Pudiendo observar que la presión de un gas es inversamente proporcional a su volumen. De una manera fácil pudimos entender y comprender lo que boyle quería plasmar y a su vez podemos ir a completando los conocimientos ya obtenidos en prácticas anteriores encontrándoles cada vez mayor utilidad en la vida ingenieril.
