! " # $ %& ' () ) Objetivos: Principal: Investigar las propiedades de un gas a presión constante. Secundario: Determinar la tasa de enfriamiento de un cuerpo. Conceptos a afianzar: Descripción termodinámica de sistemas. Escalas de temperatura y cero absoluto. Presión hidrostática. Equilibrio térmico. Gases ideales. Técnicas experimentales a desarrollar: Medición de temperatura. Linealización de datos y regresión lineal. Utilización de hoja electrónica para el manejo de datos. Presentación de informes experimentales. Tiempo: Dos horas Equipo: Termómetro de gas. Tubo de ensayo largo. Termómetro de alcohol o mercurio. Mechero de alcohol. Soporte metálico y pinza. Cronómetro. Papel milimetrado. Montaje: Previamente instalado por el asistente de laboratorio Tipo de informe a entregar: Tipo Artículo (Título de la práctica; autor[es], objetivo[s]; marco teórico; procedimiento; datos obtenidos; análisis; conclusiones). Procedimiento: 1
Esta práctica tiene como propósito principal investigar cómo varía el volumen de una cierta cantidad de gas que se mantiene a presión constante, en función de su temperatura. El gas que vamos a investigar es aire, el cual está atrapado bajo una gota de mercurio en la parte inferior de un delgado tubo de vidrio llamado termómetro de Gas. En la parte superior de éste termómetro hay un bulbo lleno con partículas de una sustancia higroscópica. Estas partículas absorben la humedad pero permiten el paso de aire, pues el extremo superior del tubo está abierto. Por tanto la presión sobre la gota de mercurio será siempre la presión atmosférica y, dado que la gota puede deslizarse libremente hacia arriba o hacia abajo, el gas atrapado en el interior se mantendrá a presión constante. 1. Cuánto vale la presión sobre el gas? Determínela teniendo en cuenta el efecto de la gota de mercurio. Mida la altura de la gota de mercurio. 2. Observe que el termómetro de gas se encuentra dentro de un tubo de ensayo largo. Vierta agua a temperatura ambiente en el tubo de ensayo hasta unos 5 cm por debajo del borde del tubo y encienda el mechero. Caliente el agua hasta el punto de ebullición. 3. Cuando el agua esté en ebullición retire el mechero. Al mismo tiempo encienda el cronómetro y mida la temperatura T y la altura H de la columna de aire atrapada. Cada que la temperatura descienda en unos 10 o C, mida nuevamente la temperatura T, la altura H y el tiempo t. Reduzca los intervalos de medición a 5º C cuando la temperatura descienda por debajo de 40º C. Realice estas mediciones durante una hora aproximadamente y consigne sus resultados en la tabla No. 1. Análisis: 4. Con los valores obtenido en 3 determine el volumen de aire correspondiente a cada H y y consígnelo en la tabla No. 1. Para ello tenga en cuenta que el área de la sección transversal del capilar del termómetro de gas es aproximadamente 5,7 10-6 m 2. Haga una gráfica en papel milimetrado del volumen del gas V en función de la temperatura T en ºC. Qué relación funcional sugiere la gráfica? Asegúrese de que la escala de la gráfica permita determinar el intercepto de la recta con el eje horizontal (temperatura). Determine el valor de este intercepto así como la pendiente de la recta. 5. Recuerde la ley de los gases ideales, PV = nrt abs. Sí el gas de este experimento se comporta siguiendo esta ecuación, Qué significa el intercepto de la gráfica? A qué valor corresponde la pendiente? Cuántas moles de aire hay en el interior del termómetro? De acuerdo con sus datos, cuál es la temperatura en ºC correspondiente al cero absoluto? Temperatura para V = 0. 6. Haga otra gráfica para la temperatura en función del tiempo. Discuta cualitativamente lo que muestra esta gráfica. 7. Para el análisis definitivo (informe tipo artículo) repita el paso 4 utilizando una hoja electrónica como Excel para trazar una mejor gráfica V vs T de los datos mediante regresión lineal. Con el intercepto y la pendiente obtenido de esta gráfica, conteste nuevamente las preguntas del paso 5. 2
8. Finalmente, utilizando la hoja electrónica haga una gráfica de ln(t-t amb ) vs t. Qué se puede concluir de esta gráfica? Bibliografía: Lea & Burke, Physics: The Nature of Things, Brooks/Cole, 1997, Secc. 19.2. Serway, R. A., Beichner, R.J., Física para Ciencias en Ingeniería, TOMO 1, 5ª. Edición, 2001. PREINFORME INTEGRANTES DEL GRUPO: Apellidos Nombres Código 1. Presión del aire atrapado (Cálculo): 2. Suposición en la medición de temperatura: 3
3. Resultados de medición Tiempo t (s) 0 Temperatura T ( o C) Tabla No. 1 Altura H (cm) Volumen V(cm 3 ) ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS 4. Gráfica V vs T: Anexe a este preinforme la gráfica V vs T en papel milimetrado. Cálculo de la pendiente de la curva V vs T: Intercepto de la gráfica con el eje de temperatura. T corte = 5. Interpretación de la gráfica V vs T. Sinificado de la pendiente: Número de moles de aire atrapado: 4
Significado del punto de corte: 6. Gráfica T vs t Anexe a este preinforme la gráfica T vs t en papel milimetrado. CONCLUSIONES 1. Haga una conclusión sobre el comportamiento cualitativo de la gráfica T vs t: 1. Haga una conclusión sobre lo observado en este experimento en cuanto a la relación V vs T: 5