Universidad Autónoma de Occidente Facultad de Ciencias Básicas Departamento de Física Febrero 9 de 2011 INTEGRANTES: Carlos Rengifo Escobar 2086150 Oscar Martínez 2086415 Mario cruz 2080437
Laboratorio Laboratorio No. 5 Relación Presión vs Temperatura ______________________________________________________________________ RESUMEN El presente informe contiene los resultados obtenidos en la quinta práctica de laboratorio, la cual se desarrolló con el fin de estudiar la relación entre la presión de un gas y su temperatura si su volumen permanece constante. Con dicho estudio se obtuvo la grafica presión vs temperatura; obteniendo un registro de los datos cada 3 o 4 °C hasta alcanzar 60 o 70 °C.
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1. INTRODUCCION La ley de Gay Lusaac establece que la presión de un volumen fijo de gas, es directamente proporcional a su temperatura. Esto ocurre porque al aumentar la temperatura, las moléculas del gas se mueven más rápido y por tanto aumenta el número de choque contra las paredes, es decir aumenta la presión ya que el recipiente es de paredes fijas y su volumen no puede cambiar. De igual forma ocurre cuando se disminuye la temperatura, el gas
tiende a disminuir; esto se debe a que la temperatura está directamente relacionada con la energía cinética (debida al movimiento) de las moléculas de gas.
Donde:
V es el volumen
T es la temperatura absoluta (es decir, medida en kelvin)
k es la constante de
proporcionalidad.
Supongamos que tenemos un gas que se encuentra a una presión P 1 y a una temperatura T1 al comienzo del experimento. Si variamos la temperatura hasta un nuevo valor T 2, entonces la presión cambiará a P 2, y se cumplirá:
Es otra manera de expresar la ley de Gay-Lussac. Esta ley, al igual que la de Charles, está expresada en función de la temperatura absoluta. Al igual que en la ley de Charles, las temperaturas han de expresarse en Kelvin. Un gas ideal es un conjunto de átomos y moléculas que se mueven libremente sin interacciones. El comportamiento de gas ideal se tiene a bajas presiones es decir en el límite de densidad cero. A presiones elevadas las moléculas interaccionan y las fuerzas intermoleculares hacen que el gas se desvíe de su idealidad. La ecuación de estado seria: pV= nRT
p es la presión V el volumen n el número de moles R la constante de los gases R=8.3143 J/(K mol) T la temperatura.
El cero absoluto es la temperatura teórica más baja posible y se caracteriza por la total ausencia de calor.
Es considerada el punto cero de la escala termométrica absoluta, por cuanto se considera que a temperaturas tan bajas la materia se encuentra en estado de reposo absoluto, en el sentido de que las moléculas no se hallan ya animadas por vibraciones de ninguna especie. El nivel de energía es el más bajo posible. El cero absoluto (0º K) corresponde aproximadamente a la temperatura de -273.16º C. Nunca se ha alcanzado tal temperatura y la termodinámica asegura que es inalcanzable.
2. RESULTADOS Los resultados obtenidos en esta práctica de laboratorio dan informe de la pendiente de una gráfica de presión vs temperatura de la que podremos analizar e inferir la relación entre estas dos variables llegando así a justificar la discrepancia o semejanzas entre estas. En esta práctica de laboratorio y por definición en todo ámbito físico conocemos que la presión es la magnitud de la fuerza que se ejerce en una superficie por el cociente de las dimensiones del área en esta, en el caso del sistema beaker - erlenmeyer, la presión es debida a la dilatación de las partículas de agua que chocan contra las paredes del erlenmeyer aumentando cada vez más la presión por un aumento gradual en la energía cinética de cada una de estas partículas cuando se eleva la temperatura del fluido, fundamentada en la ecuación universal de estado: P*V=n*R*T
Ecuación 2.1
Gráfica 2.1 Presión vs Temperatura
Donde para una temperatura ambiente de 24.6 grados Celsius y una temperatura máxima en el laboratorio de 68.5 grados Celsius tenemos … Y: m*x + b =
Gráfica que representa la relación de la ecuación 2.1 donde la pendiente de la gráfica es (n*R/V)
Gracias a que la relación entre la presión y la temperatura representada en el plano cartesiano toma un comportamiento lineal, podemos trabajar con estas relaciones ajustando la gráfica de manera lineal para así, obtener la pendiente que vendría siendo el cociente entre el producto del número de moles y la constante de Boltzmann por el volumen del gas contenido en el erlenmeyer.
Ya teniendo en cuenta que la presión varía linealmente con la temperatura podemos tomar los datos de la práctica para calcular la temperatura Celsius en la que la presión del gas contenido sería cero, es decir la temperatura Celsius del cero absoluto. Comparando un punto en la gráfica 2.1 donde existen una presión y temperaturas fijas con la temperatura de 0 absoluto podremos encontrar la presión ahí …
x2= Temperatura de presión 0 x1= 68.5 ℃ = 341.65 K y2= 0
y1= 101.38 * 10 3 Pa x2= - 322.92 ℃
m= pendiente n: número de moles R: constante de Boltzmann V: volumen De este modo podemos trabajar para obtener el reporte de la presión y la temperatura junto con sus incertidumbres en un punto definido.
3. DISCUSIÓN Y ANÁLISIS Teniendo en cuenta las consideraciones termodinámicas tomadas previas a la práctica, donde consideramos que la ecuación de estado se cumple tanto para gases ideales como para fluidos y observando la gráfica 2.1 donde se relaciona la presión y la temperatura concluimos que la presión es proporcional a la temperatura absoluta.
Si duplicamos la temperatura absoluta, manteniendo constantes el volumen y el número de moles, la presión se duplica. Experimentalmente esto era lo que ocurría, a medida que el sensor de temperatura registraba aumentos progresivos de esta, el sensor de presión absoluta registraba un cambio de igual proporción.
llegar a ella no está fundamentada dentro del campo físico
Al realizar el ajuste de la gráfica nos damos cuenta por medio de cálculos para estudiar el comportamiento de este gas a volumen constante que los resultados a obtener son validos y útiles para demostrar la relación lineal entre la presión y la temperatura para todo gas ideal.
Diccionario de astronomía. http://www.astromia.com/glosario/ceroa bsoluto.htm
Al hallar teóricamente la temperatura del 0 absoluto por medio de los dato s de nuestro laboratorio, encontramos que hay algunas discrepancias que no se comparan con los resultados esperados ya que teóricamente nuestra temperatura donde la presión es 0 nos arroja un valor de -322.92 ℃, equivalente a -49.77 K, donde normalmente debería estar en el rango de -273.15 ℃ con un rango de erro del 5%. Pero es bien conocido que el 0 absoluto no existe aún ni siquiera en el punto más frio registrado del universo, lo que podría tomarse como una consideración aproximada.
4. CONCLUSIONES
- La relación entre la presión y la temperatura se presenta de forma proporcionalmente lineal, ya que a mayor cambio de presión hay un equivalente cambio de temperatura. - La presión de 0 absoluto es una presión estrictamente teórica e ideal,
5. BIBLIOGRAFIA Concepto de gas ideal. http://www.quimicafisica.com/definicio n-gas-ideal.html