(Método de Clement- Desormes)

Transcripción

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2 ÍNDICE DETERMINACIÓN DEL COEFICIENTE ADIABÁTICO DEL AIRE...3 (Método de Clement- Desormes)...3 Objetivos:...3 Introducción:...3 Método Experimental:...4 Material:...4 Resultados obtenidos:...4 Conclusiones:...5 DETERMINACIÓN DEL COEFICIENTE ADIABÁTICO DE GASES...6 (oscilador de Flammersfeld)...6 Objetivo:...6 Introducción:...6 Método experimental:...6 Material:...7 Resultados:...8 Conclusiones:...8

3 DETERMINACIÓN DEL COEFICIENTE ADIABÁTICO DEL AIRE (Método de Clement- Desormes) Objetivos: Observar el efecto térmico de la expansión adiabática de los gases. Determinación de la relación entre los calores específicos molares a presión y volumen constante del aire. Introducción: El Método de Clement y Desormes se basa en el enfriamiento que se produce en un gas cuando se expande según un proceso adiabático. En esta práctica se realizarán expansiones bruscas que pueden considerarse adiabáticas, pues, al ser rápidas no se le da tiempo al sistema de que reciba el calor equivalente al trabajo que realiza en la expansión. Según el primer principio de la termodinámica, todo gas que se expande rápidamente contra la oposición de una fuerza exterior realiza trabajo a costa de su energía interna y se enfría. Como la expansión puede considerarse adiabática: dw=dq- pdv, Si dq=0, se tiene que: dw= - p ext dv Lo contrario ocurre cuando el gas se comprime de forma adiabática que aumenta su energía interna y por tanto aumenta su temperatura. En e diagrama P- V de la figura se representan dos isotermas entre las cuales se produce el proceso 1-2 enfriamiento del gas por expansión adiabática reversible, y 2-3 que es un calentamiento a volumen constante, hasta la temperatura inicial

4 Método Experimental: El método de Clement y Desormes consiste en medir la pendiente de una adiabática y una isoterma, donde se deduce que: γ = ( 7 ) " '$(') ( 7 )(.+1-* " Para ello se parte de un punto y se mide la presión dentro del botellón. Para ello utilizaremos: Material: Botellón de vidrio. Un compresor de aire. Manómetro diferencial de agua. Se realiza el montaje de la figura. Se inyecta aire por el punto A hasta que en el manómetro haya una presión diferencial de unos 200mm de agua o de líquido manométrico. En la compresión del gas se calienta algo y se espera unos 2 min para que alcance las coordenadas P 1,T 1 se anota la altura diferencial h 1, la presión es: P = P atm + h 1 Se abre la válvula, esta operación se hace rápidamente, se anotan las coordenadas P 2,T 2. Se anota la altura diferencial h 2 que es menor que la anterior. Realizar el experimento 5 veces y se construye una gráfica de valores ajustándola por mínimos cuadrados para obtener la pendiente de la recta correspondiente que proporciona el valor de γ. h 1 γ = h 1 h 2 Resultados obtenidos: h 1 (mm) h 2 (mm) h 1 h 2 (mm)

5 h Coe5iciente Adiabático h1-h2 h1- h2 Linear(h1- h2) Obteniéndose una pendiente γ = 1, Conclusiones: A partir del valor obtenido, que se aleja algo del rango buscado para el coeficiente adiabático del aire que está comprendido entre 1,2 y 1,6, podemos decir que para el método de observación que se utiliza en la práctica el resultado no es del todo malo, aparte de errores que se han podido cometer en los cálculos como por ejemplo el redondeo. Es un método bueno para estudiantes ya que se puede observar el cambio de las presiones según los pequeños cambios de temperatura. pero al contrario la exactitud en la medida ya que es un método algo rústico, a pesar de ello se puede concluir una práctica satisfactoria ya que se acerca al valor de gamma para el aire.

6 DETERMINACIÓN DEL COEFICIENTE ADIABÁTICO DE GASES (oscilador de Flammersfeld) * Objetivo: Obtener el índice adiabático del aire por el método de Rüchardt. Introducción: El método consiste en una masa sobre un volumen de un gas en un tubo de vidrio de precisión. La oscilación se mantiene por que parte del gas se escapa por una ranura y la masa baja, pero vuelve a ser impulsada hacia arriba al ganar presión el gas nuevamente, proporcionada por la bomba. Se puede determinar el coeficiente adiabático de diferentes gases midiendo las oscilación periódica. Método experimental: Medir las oscilaciones dentro del tubo de vidrio producidas.

7 Material: Pinza universal. 2 doble nuez. varilla cuadrada L: 400mm. Trípode. Cronómetro de bolsillo. Barómetro de habitación. Bomba 230V CA. Balanza de precisión. Tapón de goma 26/32 mm. Tapón de goma 17/22 mm. 4 trozos de manguera de conexión (Diámetro Interno 6 mm). 2 tubos de vidrio de ángulo recto. Tornillo micrométrico. Botella decantadora 1000ml. Regulador de aire. Oscilador de gas según Flammersfeld. Cilindro graduado 1000ml. Para comenzar se coloca el material según la imagen de la página inicial de esta parte de la práctica. Coloque una botella de aspiración entre el oscilador de gas y la bomba que actúa como amortiguador Insertar un tubo de vidrio de ángulo recto lleno de algodón en el tubo de alimentación del oscilador para atrapar la humedad. Limpie el tubo de cristal de precisión con el alcohol para eliminar el polvo y colóquelo. Inserte el oscilador en el tubo sólo después de haber encendido la bomba y haber abierto ligeramente la válvula. Al introducir el oscilador coloque ligeramente la mano sobre la abertura del tubo hasta alcanzar una amplitud constante, con el fin de evitar que el oscilador sea expulsado. Medir con el cronómetro el tiempo aproximado para una serie de oscilaciones y obtener los siguientes datos: Masa m del oscilador: Diámetro del oscilador: Presión atmosférica del laboratorio( p 0 ) Presión atmosférica del gas(p):

8 ! O% " = "? + * 9 πo$ Donde calcularemos el coeficiente adiabático a partir de la siguiente expresión: γ = K@O!& O 9 ' O" O( m: masa del oscilador(kg). V: volumen del gas ( m 3 ). T: periodo del oscilador(s). p: presión atmosférica del gas(pa). d: diámetro del oscilador(m). Resultados: Oscilaciones medidas en periodos de 20, 30, 40 y 50 oscilaciones: ,97 s 11,72 s 16,07 s 19,36 s m= 4, kg, T= 0,38s, 2r=0,0118 m, V=1, m 3, p 0 = 93992,26Pa, p=94404,7pa Con todo esto obtenemos un γ = 1,27. Conclusiones: En comparación con el método anterior, éste es mas sofisticado y preciso, aunque experimentalmente no se aprecien tantas cosas. El resultado es bueno, entra dentro del rango buscado. Con la utilización de estos dos métodos se pueden contrastar los resultados etc.. para la obtención de un coeficiente definitivo.