UNIVERSIDAD AUTONOMA DE OCCIDENTEFACULTAD DE CIENCIAS BÁSICAS DEPARTAMENTO DE FÍSICA LABORATORIO DE FÍSICA II 2015-3 Relación Presión vs. Temperatura (Ley de Gay-Lussac) Objetivo • Estudiar el comportamiento de la presión de un volumen constante de gas a medida que cambia su temperatura. • Determinar el cero absoluto de temperatura. Fundamentación La termodinámica es el estudio de las transformaciones de energía en las que intervienen: el calor, el trabajo mecánico y otros aspectos de la energía, así como la relación entre estas transformaciones y las propiedades de la materia. La termodinámica es una parte fundamental e indispensable de: la física, la química y las ciencias biológicas, y sus aplicaciones las vemos en: motores de autos, refrigeradores, procesos bioquímicos y la estructura de las estrellas.1 Introduciremos el estudio de las propiedades térmicas de la materia en uno de sus estados, el gaseoso. A bajas densidades (y por consiguiente, a bajas presiones), los gases reales satisfacen la ecuación de estado de los gases ideales. Las relaciones que encierra esta ecuación de estado fueron corroboradas experimentalmente por Robert Boyle (16271691), Jacques Charles (1746-1823) y Gay-Lussac (1778-1850). En esta práctica estableceremos la relación entre la presión de un gas y su temperatura si su volumen permanece constante. Utilizaremos esta relación para determinar el valor del cero absoluto, el límite inferior de temperaturas. Preinforme Para la realización de esta práctica es imprescindible que tenga un conocimiento básico sobre algunos aspectos. El instructor evaluará este conocimiento solicitando un pre-informe (individual o grupal) o a través de una prueba corta antes de iniciar la sesión de laboratorio. 1. ¿Qué relación existe entre la escala Celsius y la Kelvin? 2. Una cantidad determinada de un gas ideal que se encuentra a una presión P1 y temperatura T1 se lleva, manteniendo el volumen constante, a un nuevo estado con una presión P2 y temperatura T2. Encuentre la relación entre las presiones y las temperaturas. 3. Usando un termómetro de gas, un experimentador determinó que la presión en el punto triple del agua (0.01ºC) era 4.80 x 104 Pa, y en el punto de ebullición normal del agua (100 ºC), 6.50 x 104 Pa. Suponiendo que la presión varía linealmente con la temperatura, use estos datos para calcular la temperatura Celsius en la que la presión del gas sería cero (es decir, obtenga la temperatura Celsius del cero absoluto). 4. ¿Podría usar el sistema indicado en la práctica de laboratorio como termómetro de gas de volumen constante? ¿Por qué? 1 Francis W. Sears, Mark W. Zemansky, Hugh D. Young, Roger A. Freedman. Física Universitaria con Física Moderna, volumen 2. Undécima edición, Pearson Educación, México, 2005. Práctica: Relación Presión vs. Temperatura (Ley de Gay-Lussac) Profesores: Alexander Osorio y Mónica M. Rico Revisada por Giovanni Medina Vargas 2015 Presione firmemente el tapón en el erlenmeyer. Ejecute el programa Capstone. 4. Para terminar el proceso de toma de datos. Abrir la opción Tabla y Gráfico. 3. 3. haga clic en Mantener Muestra y automáticamente el programa registrará el valor correspondiente de presión y temperatura. Deposite con suavidad el magneto en el interior del beaker. 7. Para registrar cada valor de temperatura y presión. Asegúrese de que el erlenmeyer quede aproximadamente en el centro del beaker (figura 1b). Para comenzar la toma de datos. Parte II. 6. Conecte la interfaz ScienceWorkshop al computador y enciéndala. En la segunda columna seleccione la variable Presión. presione el botón Detener. 10. oprima el botón Vista previa. 9. Haga doble clic sobre la opción Indicador digital y seleccione la variable Temperatura. seleccionando en ambos una velocidad de muestreo de 10 Hz. seleccione en el eje vertical Presión y en el eje horizontal Temperatura. Instale los sensores. 11. Rico Revisada por Giovanni Medina Vargas 2015 . 4. Temperatura (Ley de Gay-Lussac) Profesores: Alexander Osorio y Mónica M. Configuración de la interfaz y el sensor 1. Realice el montaje de la figura 1a e introduzca el erlenmeyer en el beaker a la mayor profundidad posible. En la primera columna dar clic en Seleccionar Medición y luego escoger la variable Temperatura. Vierta en el beaker 800 mL de agua.UNIVERSIDAD AUTONOMA DE OCCIDENTE FACULTAD DE CIENCIAS BÁSICAS DEPARTAMENTO DE FÍSICA LABORATORIO DE FÍSICA II 2015-3 Equipo Requerido • Interfaz ScienceWorkshop • Sensor de presión (absoluta) • Agitador con control de temperatura • Sensor de temperatura (acero inoxidable) • Magneto grande (recubierto de teflón) • 2 nueces pequeñas • Erlenmeyer 125 mL con tapón de caucho • taladrado • Hielo • Sal de cocina • Beaker 1000 mL • Agua (800 mL) • Soporte universal 2 pinzas Procedimiento Parte I. Agregue abundante hielo y riegue Práctica: Relación Presión vs. 2. 2. Para visualizar gráficamente las medidas. Configuración del equipo 1. 5. Organice las ventanas para que pueda observar la medida digital y la gráfica simultáneamente. Conecte los sensores de temperatura (acero inoxidable) y presión (absoluta) a sendos canales analógicos de la interfaz. escoger Modo Continuo (Pestaña inferior izquierda ) y luego Mantener Modo. 8. 6. Inicie la toma de datos tomando como primer valor el más bajo que se haya alcanzado luego de agregar la sal. Verifique la temperatura de la mezcla y asegúrese que ésta alcance su menor valor. 3. Figura 1a. apoyándose en las gráficas y en sus observaciones durante las mediciones realizadas. Active el calentador a una rata que permita una elevación moderada de la temperatura (se recomienda usar los niveles 4 y 5). 2. Reporte. Apague el calentador y el sistema de agitación. 1. Parte III. Registro de datos 1. 3. Práctica: Relación Presión vs. Figura 1b. Continúe el registro de datos cada 2 °C hasta alcanzar 90 °C (consulte el valor límite con su instructor). Temperatura (Ley de Gay-Lussac) Profesores: Alexander Osorio y Mónica M.UNIVERSIDAD AUTONOMA DE OCCIDENTE FACULTAD DE CIENCIAS BÁSICAS DEPARTAMENTO DE FÍSICA LABORATORIO DE FÍSICA II 2015-3 bastante sal sobre el mismo. Deje enfriar el agua antes de desmontar el sistema (Importante: el erlenmeyer y el beaker no pueden someterse a cambios bruscos de temperatura). Realice el ajuste de la gráfica de acuerdo con el modelo previsto y el comportamiento observado de los datos. Detenga el registro de medidas. El extremo del sensor de temperatura debe estar ubicado más o menos a la mitad de la altura del erlenmeyer. la temperatura del cero absoluto. 2. La medida se registra presionando el botón Mantener Muestra. 4. según sus resultados. Compare el valor obtenido de la temperatura del cero absoluto con el valor aceptado como estándar. Análisis Emplee los siguientes puntos como una guía para desarrollar su análisis de resultados. ¿Qué relación debería existir entre la presión y la temperatura? ¿Se cumple experimentalmente esta relación? Justifique las semejanzas o discrepancias encontradas. Rico Revisada por Giovanni Medina Vargas 2015 . 5. su incertidumbre absoluta y relativa (utilice las expresiones obtenidas en el preinforme) 4. 7. Reporte los parámetros de dicho ajuste con sus incertidumbres absoluta y relativa. Ponga a funcionar el agitador con una velocidad que permita el movimiento suave de toda la masa de agua (se sugiere el nivel 3). 2005. Freedman. Física para la Ciencia y la Tecnología. Sears. Undécima edición. Práctica: Relación Presión vs. Mark W. Temperature Sensor). Temperatura (Ley de Gay-Lussac) Profesores: Alexander Osorio y Mónica M. volumen 2. Roger A. Tipler. México. 2005. Física Universitaria con Física Moderna. Zemansky. Hugh D. Rico Revisada por Giovanni Medina Vargas 2015 . Barcelona. Reverté. PASCO Scientific. P17 P vs T.UNIVERSIDAD AUTONOMA DE OCCIDENTE FACULTAD DE CIENCIAS BÁSICAS DEPARTAMENTO DE FÍSICA LABORATORIO DE FÍSICA II 2015-3 Bibliografía Francis W. Gene Mosca. Pearson Educación. volumen 2. Young. Activity P17: Pressure vs Temperature (Pressure Sensor.doc Paul A.
Report "LAB 6. Termodinamica. Relacion Presion vs Temperatura Ley de Gay-Lussac 2016-1"