UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE INGENIERÍA DIVISIÓN DE CIENCIAS BÁSICAS
LABORATORIO DE PRINCIPIOS DE TERMODINÁMICA Y ELECTROMAGNETISMO.
GRUPO: 18
PRÁCTICA No. 6 EL AIRE COMO GAS IDEAL BRIGADA: 4 CARRASCO AYALA ADRIAN DÁVILA SOTO DIANA LORENA MEJIA SÁNCHEZ CARLA CORAL RODRÍGUEZ VILLENA RAQUEL
Fecha de entrega: 06-OCT-2011
Práctica número 6 El aire como gas ideal Objetivos a) Calcular la presión absoluta en una masa de aire comprimido con el empleo de la ecuación resultante del gradiente de presión. b) Determinar el volumen que ocupa una masa de aire comprimido en un tubo cilíndrico. c) Establecer la relación que existe entre la presión absoluta de una masa de aire y el volumen que ocupa, manteniendo su temperatura constante. d) Concluir respecto a la aplicación de la ley de Boyle al aire atmosférico y un supuesto comportamiento como gas ideal. e) SEARS, F., ZEMANSKY M., YOUNG H., FREEDMAN R. Física Universitaria 11a edición México Pearson Educación, 2004 Apuntes de teoría. Calcular algunas de las propiedades, tanto intensivas como extensivas, del aire tales como la masa m, la densidad ρ, el peso específico γ, la densidad relativa δ, el volumen específico v y la temperatura absoluta T. f) Calcular el trabajo realizado sobre el gas ideal al comprimirlo desde su volumen inicial hasta el final, en un proceso isotérmico.
Equipo y materiales necesarios 1 termómetro 1 flexómetro 1 calibrador con vernier 1 base 1 varilla de 1.5 [m] 1 tornillo de sujeción 2 [m] de manguera transparente 6 < Ø < 10 [mm] 1 clip de presión 1 frasco con 0.5 [kg] de mercurio 1 jeringa de plástico 1 par de guantes quirúrgicos (proporcionado por los alumnos) Actividad 1 Registre los valores de las propiedades siguientes, en relación con la atmósfera y las condiciones del entorno. Considere que PD.F. = 58 [cm de Hg]. a) Temperatura empírica θ = 22.3 [°C] y Tabs = 295.45 [K] b) Pman = 0 [Pa] y Pabs = 77144.64 [Pa] Actividad 2 Determine el área en [cm 2]de la sección transversal de la manguera de plástico proporcionada.
Diámetro = 0.85 [cm] y área A = 0.56 [cm 2] Actividad 3 Selle un extremo de la manguera de plástico, por medio de un doblez doble de 1 [cm], aproximadamente, y coloque sobre éste el clip de presión disponible. Coloque en un punto alto el extremo sellado de la manguera y trate de que el aire que quede confinado en la manguera sea el máximo posible; vierta todo el mercurio proporcionado y forme una U con la manguera, como lo muestra la figura siguiente:
Actividad 4 Desplace en forma ascendente el extremo abierto de la manguera para reducir la longitud “l” [cm] en la misma, como consecuencia de la compresión del aire en su interior. Registre para cada valor de “l”, el de z1, se sugiere que z0 = 0 en cada medición; repita esta operación y concentre las mediciones en la tabla siguiente. Tenga cuidado en que la primera lectura de z1 sea cero y se sugiere que l vaya reduciéndose de centímetro en centímetro. [cm]
V [cm³]
39 .5 37 .5 35 .5 33 .5 31 .5 29 .5 27 .5 25 .5 23 .5 21 .5 19 .5 17 .5
22 .41 21 .47 20 .14 19 17 .87 16 .73 15 .60 14 .46 13 .33 12 .19 11 .06 9.92
z
1
[cm]
0 1. 2. 3. 4. 6. 7. 8. 10 .2 11 .3 13 .1 14
z [m] 1
0 0.014 0.023 0.038 0.046 0.061 0.075 0.086 0.102 0.113 0.131 0.14
V [10
-6
m³]
22 .41 21 .27 20 .14 19 17 .87 16 .73 15 .60 14 .46 13 .33 12 .19 11 .06 9.92
(P ) 0
abs
[Pa]
77 79 82 87120 .2 93238 .5 101352.0 111300.6 122739.3 136306.1 151336.0 168760. 1873 81.2
(P0)absV [J]
1.7288 1.6804 1.6528 1.6552 1.6661 1.6956 1.7362 1.7748 1.8133 1.8447 1.8664 1.8588
Actividad 5 Complete el llenado de la tabla anterior y obtenga el valor más representativo de la séptima columna. (P0) abs ⋅ V = 1.7477 [ Pa m 3 ]
Cuestionario 1.
Dibuje la gráfica la gráfica de la presión absoluta (P0) abs en función del volumen (V) del aire en la manguera. Considere las variables involucradas en el SI. 200000 180000 160000 140000
]
a P[ s b a P
120000 100000 80000 60000 40000 20000 0 8
10
12
14
16
18
20
22
24
Volumen [10 ⁻⁶ m³]
2.- Proponga una ecuación para la curva resultante y escriba el nombre de la ley de los gases que le corresponde. PV
=
cte.
Ley de Boyl e-M ar iott e.
3. Considere que para el aire se tiene que la capacidad térmica específica a presión constante es cp = 1 004 [J/(kg ∆K)] y la capacidad térmica específica a volumen constante es cv = 717[J/(kg ∆K)]. Calcule el índice adiabático del aire y el valor de su constante particular. No olvide indicar sus unidades en el SI. ⋅
⋅
k = 1.4 [1] R = 287 [ J / (kg
ΔK)]
4. Suponga un comportamiento de gas ideal para el aire y por ende regido por la ecuación de estado: Pabs V = m R Tabs
en la cual “m” indica la masa de aire contenida en la manguera. Calcule el valor de la masa del aire en unidades del SI. m
=
1.107018 x 10-5 [kg]
5. Calcule la densidad máxima del aire lograda en la compresión, así como la densidad promedio de la atmósfera en el laboratorio. ρmáx = 1.33023 [kg / m 3] 3 ρprom = 0.9030 [kg / m ]
6.
Identifique el tipo de proceso realizado con el aire y calcule el trabajo desarrollado sobre éste, considerándolo como una sustancia simple compresible. Proceso isotérmico; T = cte. Por lo que PV = cte. Como W depende de la trayectoria del proceso: {1W12}
=
[ J] = 0.3620077 [ J] CONCLUSIONES.
Una vez concluida la práctica se obtienen las siguientes conclusiones: -Se pudo calcular la presión de una masa de aire contenida dentro de un tubo utilizando el gradiente de presión. -Se obtuvo el volumen que ocupa el aire comprimido en un volumen cilíndrico. -Se encontro de forma experimental la relación que hay entre presión y volumen cuando la temperatura es constante. -Se Aplicó la ley de Boyle en el aire y se obtuvo que tiene un comportamiento como el de gas ideal. -Se obtuvieron de forma experimental algunas propiedades del aire, tanto intensivas como extensivas. -Se obtuvo el trabajo realizado por la compresión del aire. Despues de realizar un análisis se puede concluir que se cumplieron los objetivos. COMENTARIOS Al momento de realizar la práctica se pudo observar que el aire, tienen comportamiento de gas ideal en algunos casos aunque haya sido dificil la lectura de algunos diferenciales de presion. Tambien se comprobó de manera experimental que el aire tener comportamiento de gas ideal , obedece a las leyes planteadas para estas, osea la ley Boyle, la ley de Mariotte, la ley de Charles. En general se puede decir que la práctica fue muy productiva porque se pudieron entender algunas propiedades del gas ideal asemejandolo con el agua,
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS. -SEARS, F., ZEMANSKY M., YOUNG H., FREEDMAN R. Física Universitaria 11a edición México Pearson Educación, 2004 -Apuntes de teoría.
