Practica 8 (TerMOdinamica)AA

Practica 8. “Gases ideales.”

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA DE MEXICO.

FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES DE ARAGÓN.

Laboratorio de Termodinámica

Práctica numero 8: Gases ideales.

Alumno: Fernández Cano Veronico David Ricardo.

No. de cuenta: 41205778-6.

Grupo: lunes 4:00-5:30

Ciclo escolar: 2014-1

Fecha de realización: 21\10\2013. Fecha de entrega: 28/10/2013.


Objetivo:

Comprobar las leyes de Charles, Boyle-Mariotte y Gay-Lussac.

Actividades:

1. Comprobar la ley de charles y gay Lussac para el aire en un proceso isobárico.2. Comprobar la ley de Boyle Mariotte para un proceso isotérmico.3. Determinar el índice politrópico del aire.

Material y equipo:

1 soporte universal. 1 parrilla eléctrica. 2 matraz Erlen Meyer de 250 ml Una jeringa graduada de 0 a 100 ml. Termómetro de 0 a 150 C. Aparato de Boyle con tubo de vidrio de .5 cm de diámetro. 1 flexómetro. 1 tramo de manguera de látex. 1 probeta de 500 ml

Aspectos teóricos:

Gas ideal: es el comportamiento que presentan aquellos gases cuyas moléculas no interactúan entre si y se mueven aleatoriamente. En condiciones normales y en condiciones estándar, la mayoría de los gases presentan comportamiento de gases ideales.

Ley de Charles y Gay-Lussac.

La relación entre la temperatura y el volumen fue enunciada por el científico francés J. Charles (1746 - 1823), utilizando muchos de los experimentos realizados por J. Gay Lussac (1778 - 1823).

La ley de Charles y Gay Lussac se resume en: el volumen de una determinada cantidad de gas que se mantiene a presión constante, es directamente proporcional a su temperatura absoluta, que se expresa como:


VT

=cte . Y gráficamente se representa

como:

Para determinar los valores entre dos puntos cualesquiera de la recta podemos usar:

V 1T 1

=V 2T2

Los procesos que se realizan a presión constante se denominan procesos isobáricos.

Análogamente, la presión de una determinada cantidad de gas que se mantiene a volumen constante, es directamente proporcional a su temperatura absoluta, que se expresa como:

PT

=cte .

Los procesos que se producen a volumen constante se denominan procesos isométricos. Para determinar los valores entre dos estados podemos usar:

P1T1

=P2T 2

Ley de Boyle-Mariotte.

“A temperatura constante, los volúmenes de una masa gaseosa son inversamente proporcionales a las presiones que soporta”.

P1P2

=V 2V 1

Ley de Avogadro.

“Volúmenes iguales de distintas sustancias gaseosas, medidos en las mismas condiciones de presión y temperatura, contienen el mismo número de partículas"

La cantidad de material se describe en función del número de moles. Esta unidad de materia se corresponde a un número de partículas dado por la constante de Avogadro que corresponde al número de átomos o partículas elementales en un mol de sustancia:

1mol≈6.022×1023

Por lo tanto la ley de Avogadro se puede representar como:

V ∝n


De acuerdo con la Ley de Avogadro, el volumen ocupado por un mol de cualquier gas es el mismo a una temperatura y presión fijas. Cuando T = 0°C y P = 1 atm, este volumen es de 22.4 lt. Las condiciones antes mencionadas, T = 0°C y P = 1 atm, se denominan condiciones estándar.

Al igual que con las otras leyes, la Ley de Avogadro sólo se cumple para un gas poco denso.

Se puede escribir como la formula que resumen a los gases ideales de la siguiente manera:

PV ∝nT

Para poner esta expresión como una igualdad, es necesario definir una constante de proporcionalidad, que llamaremos constante molar del gas perfecto o, como se la conoce usualmente, constante universal de los gases, simbolizada por R. El valor de R es independiente de la naturaleza del gas, y su valor es de:

R=.082(¿)(atm)/molᴼK

Con esta definición, llegamos a una ecuación que describe el comportamiento del gas perfecto:

PV=n RT

Tablas de lecturas:

Tabla 8.1AConcepto Símbolo Unidad Lecturas

1 2 3 4 5 6 7 8Temperatura del aire

Ta ᴼC 28 31 37.5 48 60 68 81 98

Volumen desplazado

Vd cm^3 0 10 20 30 40 50 60 70

Volumen inicial en el matraz

Vi cm^3 310

Tabla 8.2AConcepto Símbolo Unidad Lectura

Altura del barómetro Hb mmHg 57.5


Tabla 8.3AConcepto Columna de mercurio (hHg) Columna de aire (h)Lectura cm cm

1 91 912 86 893 81 874 76 85.65 71 84.5

Memoria de cálculos:

Para calcular la presión se uso la siguiente formula de la presión absoluta,

P|¿|=ρHg g(hb+hHg)¿

Y se tomo en cuenta que, ρHg=13.536kg /m3

Sustituyendo en la formula, las unidades que se obtienen son los pascales:

P|¿|=(13.536kgm3 )(9.81mseg2 )(1.485m )=¿ ¿197.190418Pa

P|¿|=(13.536kgm3 )(9.81mseg2 )(1.435m )=¿ ¿190.55101Pa

P|¿|=(13.536kgm3 )(9.81mseg2 )(1.385m )=¿ ¿183.911602Pa

P|¿|=(13.536kgm3 )(9.81mseg2 )(1.335m )=¿ ¿177.272194Pa

P|¿|=(13.536kgm3 )(9.81mseg2 )(1.285m )=¿ ¿170.632786Pa

Siguiendo con el procedimiento para poder encontrar la constante de proporcionalidad se multiplica la presión por el volumen y se observa que las unidades resultantes son las de:

Kg(m^2)/seg^2

Sustituyendo en la formula, C=PV

C=(197.190418Pa)( 0)=0

C=(190.55101Pa)( .001 )= 0.19055101 Kg(m^2)/seg^2


C=(183.911602Pa)(.002)= 0.3678232 Kg(m^2)/seg^2

C=(177.272194Pa)( .003)= 0.53181658 Kg(m^2)/seg^2

C=(170.632786Pa)( .004)= 0.68253114 Kg(m^2)/seg^2

Sustituyendo en la fórmula del método de los mínimos cuadrados para encontrar el valor de la pendiente:

m=5 (55.374336 )−(5.70441252)(9.70728113)

5 (6.51053101 )(32.5403222)=1.9

Se obtiene el valor de la ordenada al origen:

b=(9.70728113) (6.51053101 )− (5.70441252 )(55.374336)

5 (6.51053101 )−(32.5403222)=−2.55

Tablas de resultados:

Tabla 8.1BConcepto Unidad Resultados

1 2 3 4 5 6 7 8

Temperatura absoluta

del aire

ᴼK 301.15

304.15 310.65 321.15 333.15 341.15 354.15 371.15

Volumen total

m^3 0 .001 .002 .003 .004 .005 .006 .007

Valor de la constante

m^3/ᴼK

03.2879x10^-06

6.4381 x10^-

06

9.3414 x10^-

06

1.2007 x10^-

05

1.4656 x10^-

05

1.6942 x10^-

051.886-

05


Tabla 8.2BConcepto Unidad Resultados

1 2 3 4 5

Suma de las alturas de columnas

m 1.485 1.435 1.385 1.335 1.285

Volumen total de aire

m^3 0 .001 .002 .003 .004

Constante de

proporcionalidad

Kg(m^2)/seg^2

0 0.19055101 0.3678232 0.531816580.682531

14

Tabla 8.3BNumero de lectura log(h), cm log(hb+hHg), cm

1 1.959041392 1.171726454

2 1.949390007 1.156851901

3 1.939519253 1.141449773

4 1.932473765 1.125481266

5 1.926856709 1.108903128

Σy=9.70728113 Σx=5.70441252 Σxy=55.374336Σx^2=6.51053101 n=5


Grafica:

Cuestionario:

1. Mencione y explique 3 ejemplos donde se aplique la ley de Boyle-Mariotte.

La aplicación de la ley de Boyle en los motores ya sea gasolina, gas o diesel se presenta en la combustión interna, ya que en el primer tiempo ingresa aire al cilindro con un volumen y presión (1), en el segundo tiempo se disminuye el volumen al aumentar la presión de este, de aquí en adelante interviene un cambio de temperatura que genera una explosión y expulsa los gases con un volumen y presión (2).

Una de las formas practicas de la ley de Boyle en los automóviles es el sistema airbag o también llamado ACRS (Air Cushion Restraint System) el cual funciona descargado una cantidad de aire o


gas desde una cámara hacia la bolsa exterior donde podemos ver que la presión disminuye y el volumen aumenta con una temperatura constante.

2. Explique en qué consiste un mecanismo centrífugo.

Mecanismo centrífugo de arranque para electromotores, que se caracteriza esencialmente por comprender unos juegos de palancas oscilantes, articuladas por un extremo a un punto fijo del rotor y sometidas, por el otro, a la tensión constante de sendos resortes de línea de acción variable y ajustable por el hecho de apoyarse en brazos combinados con un mecanismo de ajuste, actuando dichos resortes en forma centrípeta para mantener las palancas apoyadas contra un apoyo central que posee el rotor.

3. Explique cómo se podría conservar un gas a temperatura constante durante un proceso termodinámico.

Si la energía total del sistema da el mismo resultado, usando un medio el cual sea lo suficientemente grande para no verse alterado en cuestión de calor por el proceso. Es decir, un objeto que intercambie calor con tu gas pero que no se vea reducida su temperatura. (Por ejemplo, el mar, este no se va a aumentar su temperatura promedio porque tengas un recipiente con gas en el, pero si va a hacer que tu gas se mantenga a temperatura constante mientras lleves acabo el proceso que te interese).

4. Explique porque se reduce la temperatura de un gas en una expansión adiabática.

Porque realiza un trabajo sobre su entorno acosta de su energía interna su temperatura disminuirá.

5. Si es el aire caliente el que se eleva, porque esta mas frio en la cumbre que cerca del nivel del mar.

Esta más frio porque hay menor presión conforme aumenta la altura.

6. Un globo de hule contiene un gas ligero. El globo se suelta y se eleva en la atmosfera. Describa y explique el comportamiento térmico.

El aire caliente es más liviano por lo que tiende a subir y es por eso que los globos flotan.

7. Explique porque el calor específico a presión constante es mayor que el calor especifico a volumen constante.

Porque para mantener el volumen constante se necesita poco calor, ya que cuando los cuerpos se calientan se produce una dilatación y cambian su volumen.


Conclusiones:

En los resultados se observa según los cálculos de las diferentes alturas que son casi constantes, pero con ligeras variaciones.

El comportamiento de los gases reales usualmente coincide con las predicciones de la ecuación de los gases ideales con una desviación de aproximadamente ± 5% a temperatura y presión normal. No obstante a bajas temperaturas o altas presiones, los gases reales se desvían significativamente del comportamiento de gas ideal.

La teoría Cinética Molecular, de la cual se desprenden las ecuaciones de los gases ideales, asume que las partículas de gas ocupan una fracción despreciable del volumen total. Además supone que las fuerzas de atracción entre las moléculas es cero.

La primer suposición sirve a presiones bajas. Pero la valides de esta se pierde a medida que el gas es comprimido. Por lo tanto el volumen de un gas real será mayor del esperado por la ecuación del gas ideal.

Existen varias ecuaciones de estado, que desarrollan un cálculo para estas desviaciones, la más utilizada es la de Johannes van der Waals esta es una ecuación capaz de ajustarse al comportamiento de los gases reales en un más amplio intervalo de presiones:

[P+a( nV )2](Vn −b)=RT

De los calculos en la practica cabe mencionar que la tabla de logaritmos comunes y los calculos conrespecto al metodo de los minimos cuadrados, se pudo llegar a la conclusion de que el valor del indice politropico del aire es el valor de la ordenada al origen, según indica el marco teorico de la practica:

b=−2.55

Pero esta afirmación no se menciono por parte del los profesores así que esto repercute en la falta información para llegar a conclusiones más avanzadas. Tanto en la teoría como en el laboratorio la exposición de los temas fue nula por parte de los maestros y esto hace que las conclusiones sean algo pobres.


Bibliografía:

Encyclopedia of Energy´Daniel N. Lapedes Editor en Jefe McGraw-Hill Book Company, USA 1976

Steam / ist generation and use´The Babcock & Wilcox Companythirty-ninth edition, USA 1978

Virgil Moring Faires Termodinámica´4ª edición, México, 1982

W.H. Severns, H.E. Degler, J.C. Miles La producción de energía mediante vapor, aire, o gas´Editorial Reverte mexicana S.A., México D.F. 1991

Francis F Huang Ingeniería Termodinámica´Compañía Editorial Continental, S.A. de C.V., 2ª Edición,México 1994

M.J. Moran, H.N. Shapiro Fundamentos de termodinámica técnica´,Editorial Reverté S.A., Tomos 1 y 2, España, 1993M.

Lucini. "Turbomáquinas de vapor y de gas", Editorial Labor, 3° Edición, Barcelona 15España.

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