Termodinamica Gases Ideales

TECSUP – P.F.R.

CienciasBásicasAplicadas

DISEÑO DEESOFWARE INTEGRACIÓN DE SISTEMAS

Ciencias Básicas Y Aplicadas Tema: Termodinámica: Gases ideales Docente: Juan Yucra Presentado por: Palo Rosas Jesús Abdón Nuñoncca Blanco Gonzalo Pablo Alvaro Alcocer Franco Jesús

Fecha de entrega: 15 de Junio del 2016

55

TECSUP – P.F.R.


ANALISIS DE TRABAJO SEGURO LABORATORIO 2 SESION Nº DOCEN TE

B

DESCRIPCION

Termodinámica. Gases Ideales

Ing. Juan Roger Yucra A

FECHA 10 /06 /2016 GRUPO DE TRABAJO Nº

paza

AM BIE NTE

4

102

Nuñoncca Blanco Gonzalo ALUMNOS Jesús Palo Rosas EQUIPOSDEPROTECCIONPERSONAL

Nº 1

2

3 4

5 6

PASOS BASICOS DEL TRABAJO Coordinación previa con el docente y compañeros Recepcióny verificación del estado de los materiales. Montajedelas conexiones. Conexióny encendido de la computadora. Desmontajedel circuito Devoluciónde materiales

OBSERVACIONESDELOSEPP:

RIESGO PRESENTE EN CADA PASO -

Caída de tropiezos y/ funcionamiento materiales.

objetos, o mal de los

CONTROL DE RIESGO -

Sostener bien los materiales, trasladarse con cuidado y realizar las pruebas correspondientes

Caída de objetos, Malas conexiones. Riesgo eléctrico.

Seguir las pautas indicadas por el docente Mantenerse concentrados en el transcurso del lab. Usar adecuadamente los equipos de protección.

Caída de los materiales.

Desmontar cuidadosamente.

Caída y/o daño de los materiales.

Devolver en orden y cuidadosamente los materiales. APROBADO POR:

GRUP O

B

ESPECIALIDAD

C15

56

y

TECSUP – P.F.R.


PRÁCTICA DE LABORATORIO Nº 06 TERMODINAMICA. GASES IDEALES. 1. OBJETIVOS 1) Verificar la Ley de Boyle de los gases ideales. 2) Determinar el trabajo realizado sobre el sistema en un proceso isotérmico. 3) Calcular el número de moles de una cantidad de aire. 4) Ser capaz de yconfigurar implementar de datos experimentales realizar une análisis gráfico equipos utilizandopara comotoma herramienta el software Data Studio. 5) Utilizar el software PASCO CapstoneTM para verificación de parámetros estadísticos respecto a la información registrada.

2. MATERIALES • • • • •

Computadora personal con programa PASCO CapstoneTM instalado Interfase USB Link (2) Sensor de presión absoluta Sensor de temperatura Jeringa

3. FUNDAMENTO TEÓRICO La termodinámica La termodinámica es una ciencia experimental que estudia los cambios producidos en un sistema por el intercambio de calor. En ella se mide magnitudes macroscópicas como la presión el volumen y la temperatura, sin importarle la causa microscópica de los fenómenos observados. A pesar que los sistemas térmicos resultan ser muy complejos, la termodinámica ha tenido gran éxito en resumir estas observaciones en algunas sencillas leyes muy generales para dar una explicación a los fenómenos de srcen térmico. Existe una teoría microscópica de los gases ideales y en sí de todos los procesos térmicos, la mecánica estadística, pero nuestro enfoque será netamente macroscópico.

57

TECSUP – P.F.R.


Gases ideales Reciben este nombre los gases que se encuentran muy expansionados (enrarecidos), es decir que posean muy poca densidad y ejerzan poca presión. En otras palabras es un gas en el cual las interacciones entre las moléculas son despreciables y esto ocurre cuando la separación promedio de las moléculas sea mucho mayor que el tamaño de los átomos y esto hace que las moléculas interactúen muy poco con las demás. La ecuación de estado del gas ideal:

PV=RTn

(1 )

Donde P: Presión del gas V: Volumen ocupado por el gas en el recipiente que lo contiene n: Numero de moles R: Constante Universal de los gases T: Temperatura absoluta en Kelvin Con valores de:

Robert Boyle hizo estudios sobre gases ideales mantenidos a temperatura constante (proceso isotermo) y obtuvo la ley que lleva su nombre.

P V = ct e

(2 )

De la cual podemos afirmar la dependencia de P vs 1/V o una V vs 1/P es lineal y la grafica son rectas que pasan por el srcen. Las pendientes de las rectas dependen de la temperatura y se determinan de la ley del gas ideal. Existen otras escalas de temperaturas además de la Celsius y la Kelvin como la Fahrenheit y la Rankine. Es únicamente cuando usamos la escala de Kelvin que obtenemos la proporcionalidad entre volúmenes y temperatura, la demás escalas solo dan una dependencia lineal. El hecho de que todas las graficas de presión vs temperatura para gases ideales eran rectas cortando el eje temperatura en el mismo punto (-273.15 ºC) llevo a la idea del cero absoluto de temperatura y la escala de Kelvin. Ojo: La diferencia entre pr oporcio nal y lin ealm ente independient e es que una grafica de dos variables proporcionales es una recta que pasa por el srcen de coordenadas, mientras que dos variables con dependencia lineal la grafica una recta con un punto de intersección diferente de cero.

58

TECSUP – P.F.R.


4. PROCEDIMIENTO 4.1 Experiencia de la ley de Boyle. Para realizar la experiencia se utilizó el programa PASCO CapstoneTM, se conectó el sensor de temperatura previamente insertado a la interfase 850 Interface y se insertó una tabla y gráfico. Seguidamente se procedió a configurar dicho sensor, para lo cual hicimos doble clic sobre el icono CONFIGURACION y configuramos el de temperatura para que registre un periodo de muestreo de 10 Hz en K. Luego presionamos el icono del SENSOR DE TEMPERATURA luego seleccione numérico y cambie a 2 cifras después de la coma decimal, según datos proporcionados por el fabricante el sensor mide en el rango de -35 ºC a 135 ºC con un paso de 0.01 ºC. Una vez calibrado el sensor arrastramos el icono Gráfico sobre el icono sensor de temperatura y seleccionamos la gráfica temperatura vs tiempo, luego determina la temperatura ambiental T 0 del laboratorio, para lo cual mide durante 30 segundos con el sensor de temperatura en el aire y luego calcula el promedio. Una vez anotado este dato borramos la grafica y la medición de nuestros datos. Se guardó el sensor de temperatura. Después insertamos el sensor de presión absoluta. Entramos al icono

CONFIGURACION luego seleccionamos velocidad de muestreo a 10 Hz, luego vaya a opciones y en muestreo manual seleccionamos conservar valores de datos solo si se solicita. Se renombró la medida a tomar como volumen y las unidades en mL, según como lo puede ver en la figura 4.1

Figura. 4.1. Configuración del sensor. 59

TECSUP – P.F.R.


Al empezar la grabación de los datos apareció una ventana en la cual pusimos el valor del volumen y así en cada valor entre 60 mL y 25 mL, mientras el sistema grababa solo en el momento que se aceptaba el valor. Se grabó con un paso de 5 mL, empezando de 60 mL.

Figura. 4.2. Montaje experimental.

Se obtuvo se la definió gráfica ladevariable presiónInve en rsa función delume volumen 1), del vol n en la(grafica Posteriormente calculadora, luego levante un gráfico de presión absoluta (kPa) vs inversa del volumen (1/mL) (grafica 2). Asegúrese de hacer el correcto montaje como el de la figura 4.3.

Figura. 4.3. Curvas obtenidas en el experimento. 60

TECSUP – P.F.R.


Para dar validez a los datos obtenidos de la segunda grafica se aplicará el ajuste lineal y se debe tener el valor de 0.999 ó 1.000 en el coeficiente de correlación.

4.2 Determinación del trabajo en un proceso isotérmico. Use el grafico 1 para determinar el área debajo de la curva la cual representa el trabajo realizado sobre el aire contenido dentro de la jeringa.

Trabajo = Área debajo de la curva = P (Vf – Vi) -4180.51 kPa . ml

61

TECSUP – P.F.R.


4.3 Determinación del número de moles de aire dentro de la jeringa. Se determinó el número de moles utilizando el valor de la pendiente y la ecuación (1) de una gráfica de volumen en función (presión/inversa volumen).

PV=n*R*T n = PV / R * T

PV=Pendientedelagráfica

n = 431 0 kPa.ml / (8.314 kPa.ml/mol.K * 30 0.85 K) n = 1.72 moles 5. Cuestionario 5.1

Compare el trabajo en forma porcentual el hallado en 4.2 y la ecuación W = n R T ln(V f/Vi). Explique las diferencias W= = -4314.3086 1.72 * 8.31 kPa.mL * 300.85* ln (22/60) Valor Experimental W -------------W = 4310 kPa.mL ---------------------- Valor Teórico Las diferencias se deben al error a la hora de realizar las mediciones, sea por los instrumentos, o por error humano.

62

TECSUP – P.F.R.

5.2


El valor obtenido del número de moles en 4.3 es aceptable?, Explique. Hallar un valor teórico del número de moles, conociendo su temperatura, densidad del aire, altitud, presión atmosférica y volumen inicial. Presión atmosférica Arequipa = 75.516 kPa Temperatura = 300.85 K Volumen = 60 mL n= * V / R (60) * T / (8.314) (300.85) n = P(75.516) n = 1.81 moles -------- Valor teórico n = 1.71 moles -------- Valor experimental % Error = ((1.81 – 1.71) / 1.81) * 100 % Error = 5.52

5.3

Si grafica Volumen vs inversa de la presión, ¿Qué tipo de ajuste le toca hacer ahora? ¿Qué significado físico posee la pendiente? En este tipo de gráfica la razón es de proporcionalidad entre el volumen y la inversa de la presión, es decir, si el volumen aumenta, la inversa de la presión también. Cada isoterma representa una línea recta, cuya relación matemática es y= ax + b. Entonces el volumen estaría dado por: V = k * 1/P Donde, k es la pendiente de la recta y debe de ser una constante

5.4

¿Se cumple la ley de Boyle?, ¿Por qué?. Fundamente su respuesta.

Si se cumple la ley de Boyle, porque a medida que el volumen de la jeringa disminuye, la presión aumenta en proporción y temperatura constante en todo el experimento

63

TECSUP – P.F.R.

5.5


En la realización de esta práctica ¿Cuál fue el comportamiento de la temperatura del aire dentro de la jeringa?. Explique mediante un gráfico. Según el gráfico temperatura vs volumen, a medida que el volumen fue disminuyendo la temperatura aumentaba ligeramente exceptuando una ligera disminución cuando el volumen fue de 50, 45 y 30 ml, pero en general se mantuvo uniforme.

5.6

Si en la pregunta anterior la temperatura se podría decir que fue constante, si es así. ¿Cuál es el cambio de su energía interna del sistema? Muestre el valor. En un proceso isotérmico la variación de la energía depende de la variación de la temperatura. Como esta es 0 entonces no existe variación de la energía interna, y el calor viene a ser el trabajo del sistema. Q = -W Variación de la Energía Interna = 0

5.7

Grafique y ydescriba otros se procesos (utilice gráficos y esquemas) ¿Cómo estos podríantermodinámicos implementar en el laboratorio?.

64

TECSUP – P.F.R.


6. PROBLEMAS Una llanta de un automóvil se infla originalmente a 10 oC y presión normal. Durante el proceso se comprime aire a 28 % de su volumen srcinal y la temperatura aumenta a 40 oC ¿Cuál es la presión en la llanta?

6.1

(P1*V1)/T1 = (P2*V2) /T2 (1 atm * V1)/283 K = (P2 * 0.72V1) / 413 K P1 = 2.02 atm

6.2

Una masa de hidrogeno ocupa un volumen de 80 m cm2. ¿Cuál es su volumen a – 5 oC y 6 KN/ cm2?

3

a 20 oC y 2KN/

(P1*V1)/T1 = (P2*V2) /T2 (19.74 atm * 80*103L) / 293 K = (59.21 atm * V2) / 268 K V2 = 24.39 m3

7. APLICACIÓN A LA ESPECIALIDAD (Se presenta dos aplicaciones del tema realizado, aplicados a su especialidad) 7.1

___________________________________________________________

______________________________________________________________ 7.2

__________________________________________________________ _____________________________________________________________

8. OBSERVACIONES 8.1

En la realización de le experiencia se observó que al realizar las mediciones se debe tener en cuenta que el aire en la jeringa inicie con un volumen de 60 ml. Y así cada medición se disminuía en 5 ml a la medición anterior. Si por algún motivo el paso de un volumen a otro era mayor a 5 ml entonces se reiniciaba el experimento para evitar errores.

8.2

Se observó que a través de las comparaciones de fórmulas, podemos deducir el significado de la pendiente, dado el experimento. Así como porsistema ejemplopara el significado de la pendiente que eraa elpoder trabajo ejercido en el esta experiencia nos ayudaba encontrar el número de moles

9. CONCLUSIONES 9.1 Se

verificó la Ley de Boyle de los gases ideales.

9.2 Se determinó el trabajo realizado sobre el sistema en un proceso isotérmico.

65

TECSUP – P.F.R.


9.3 Se calculó el número de moles de una cantidad de aire. 9.4 Se logró configurar e implementar equipos para toma de datos experimentales y realizar un análisis gráfico utilizando como herramienta el software Data Studio. 9.5 Se utilizó el software PASCO CapstoneTM para verificación de parámetros estadísticos respecto a la información registrada.

10.BIBLIOGRAFIA (según formato de la APA) • •

•

•

Procesos Termodinámicos - http://equipo1-fisica.blogspot.pe/ Química General. Primera Ley de la Termodinámica. http://corinto.pucp.edu.pe/quimicageneral/contenido/132-primera-leyde-la-termodinamica-procesos-isotermicos-y-procesos-isobaricos.html Ley de Gas Ideal. http://hyperphysics.phyastr.gsu.edu/hbasees/kinetic/idegas.html Ley de Boyle – Mariotte. https://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_BoyleMariotte

66

Termodinamica Gases Ideales

Recommend Documents