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1 2 El alumno demostrará con los datos obtenidos en el laboratorio las Leyes de Boyle, Charles-Gay Lussac y la Ley Combinada del estado gaseoso. 1 vaso de Precipitados de 250 mL. 2 pesas de Plomo. 1 Mechero 1 Anillo. 1 Pinzas para vaso de precipitados 1 Jeringa de plástico graduada de 10 Ml herméticamente cerrada. 1 Termómetro Solo se ocupó el H20. 3 La ley de Boyle fue descubierta por Robert Boyle en el siglo XVII, y fue la ley que estableció las bases para poder explicar la relación que existe entre la presión y el volumen que existe en un gas. Por medio de una serie de experimentos, logró demostrar que, si había una temperatura constante, un gas al ser sometido a más presión reduce su volumen, mientras que si la presión decrece el volumen aumenta. Cuando el volumen del recipiente que contiene el gas aumenta, la distancia que las partículas tienen que pasar antes de colisionar contra las paredes del recipiente también aumentan. Este aumento de distancia hace que los choques sean menos frecuentes, y por lo tanto la presión en las paredes sea inferior a la ejercida anteriormente cuando el volumen era inferior. La ley de Boyle puede ser expresada de forma matemática de la siguiente manera: P es presión V es Volumen k es una constante que nos indica cuando la temperatura y masa son constantes. Esta fórmula también puede ser utilizada para poder determinar el cambio de presión o temperatura durante una transformación isotérmica de la siguiente manera: Existen diversas maneras de verificar el cumplimiento de la Ley de Boyle. En este experimento se comprobará que, para una cantidad determinada de gas, la presión es inversamente proporcional al volumen. 4 La ley de Gay-Lussac es una de las leyes de los gases que relaciona la presión de un gas con la temperatura a volumen constante. En su enunciado, esta ley establece que el volumen de una cantidad de gas aumenta o disminuye proporcionalmente a su temperatura si el volumen se mantiene constante (proceso isocórico). La ecuación o fórmula matemática que nos explica la ley de Gay-Lussac se escribe de la siguiente forma: P1 = Presión Inicial T1 = Temperatura Inicial P2 = Presión Final T2 = Temperatura Final Esta ley permite estudiar el comportamiento de los gases y es estudiada habitualmente en física y química. Relaciona la presión de gas con la temperatura, mientras se mantienen constantes a otros parámetros como el volumen y la cantidad de sustancias. Existen diversas maneras de verificar el cumplimiento de la Ley de Gay-Lussac. En este experimento se comprobará que, para una cantidad determinada de gas, la presión es directamente proporcional a la temperatura. La importancia de esta ley de los gases es que muestra que, al aumentar la temperatura de un gas, su presión aumenta proporcionalmente (suponiendo que el volumen no cambia). De manera similar, la disminución de la temperatura hace que la presión caiga proporcionalmente. https://energia-nuclear.net/fisica/leyes-de-los-gases https://energia-nuclear.net/fisica/presion 5 La ley combinada de los gases o ley general de los gases es una ley de los gases que combina la ley de Boyle, la ley de Charles y la ley de Gay-Lussac. Estas leyes matemáticamente se refieren a cada una de las variables termodinámicas con relación a otra mientras todo lo demás se mantiene constante. La ley de Charles establece que el volumen y la temperatura son directamente proporcionales entre sí, siempre y cuando la presión se mantenga constante. La ley de Boyle afirma que la presión y el volumen son inversamente proporcionales entre sí a temperatura constante. Finalmente, la ley de Gay-Lussac introduce una proporcionalidad directa entre la temperatura y la presión, siempre y cuando se encuentre a un volumen constante. La interdependencia de estas variables se muestra en la ley de los gases combinados, que establece claramente que: La relación entre el producto presión-volumen y la temperatura de un sistema permanece constante. donde: o P es la presión o V es el volumen o T es la temperatura absoluta (en kelvins) o K es una constante (con unidades de energía dividido por la temperatura) que dependerá de la cantidad de gas considerado. Otra forma de expresarlo es la siguiente: donde presión, volumen y temperatura se han medido en dos instantes distintos 1 y 2 para un mismo sistema. 6 Monte la jeringa como se indica en las figuras. Presione ligeramente el embolo, este regresará a un volumen inicial V0 correspondiente a una presión inicial P0. Pusimos arriba el émbolo la pesa más pequeña y con precaución presionamos ligeramente; el embolo regresara a su V1, correspondiente a una presión P1. Quitamos la pesa pequeña y pusimos la más grande, presionamos ligeramente y anote V2 para una P2 Por último, con precaución pusimos las 2 pesas y anote V3 para una presión P3 . Montamos la jeringa como se indica en la figura 2, procurando que el nivel del agua este arriba del volumen de aire de la jeringa. Presionamos ligeramente y tomamos el volumen V0 correspondiente a una temperatura T0 que será la temperatura ambiente del agua para una presión P0 constante. Calentamos y agitamos constantemente hasta 40 °C, presionamos ligeramente y anotamos el volumen V1 correspondiente a una T1 Continuamos calentando, agitando y anotando los volúmenes a temperatura de 60 °C, 80 °C y temperatura de ebullición. 7 Se inicia de igual forma que la segunda parte. Calentamos, agitamos hasta 40 °C y pusimos la pesa chica, oprimimos ligeramente y tomamos el volumen V1 correspondiente a la temperatura T1 y la presión P1. Continuamos calentando hasta 60 °C y pusimos la pesa grande, tomamos el volumen V2 a la temperatura T2 y la presión P2. 8 P (Dina/cm²) V(cm³) PV(Erg) P⁰= 77973.5883 Dina/cm² V⁰= 10,000 cm³ PV⁰= 7,805,277,773 Erg P¹= 77996.2137 Dina/cm² V¹= 9,500cm³ PV¹= 740,749,038.5 Erg P²= 78030.1518 Dina/cm² V²= 9,000 cm³ PV²= 701,965,923.3 Erg P³= 78052.7773 Dina/cm² V³= 8,000 cm³ PV³= 624,241,214.4 Erg T(°C) T(°K) V(cm³) V/T (cm³/°K) Tamb°C 273°K 10 000 cm³ 36.63 cm³/°K 40°C 313°K 11 000 cm³ 35.1437 cm³/°K 60°C 333°K 11 000 cm³ 33.0330 cm³/°K 80°C 353°K 11 000 cm³ 31.1614 cm³/°K 100°C 373°K 12 000 cm³ 32.1715 cm³/°K T(°C) T(°K) V(cm³) P (Dina/cm²) PV/T(Erg/°K) 40°C 313 °K 10 000 cm³ 413685.534 Dina/cm² 13216.79022 Erg/°K 60°C 333 °K 11 000 cm³ 1034213.835 Dina/cm² 34163.21977 Erg/°K 2.- Con los datos obtenidos de la primera y segunda parte, construya las gráficas de V-P y T-V, indicando el nombre de cada una de ellas. 3.- De la primera parte, analizando la gráfica, si el gas se expande, su presión tendrá que: __disminuir__. 4.- De la segunda parte, analizando la gráfica, para que un gas se expanda, su temperatura tendrá que: __aumentar__. 5.- Analizando las tablas de resultados, los valores de PV, V/T Y PV/T, ¿Por qué no son constantes? Porque sus datos tampoco son constantes, por ejemplo, en la primera parte se dice que el gas se expande esto quiere decir que disminuye su presión, en cambio en la 9 segunda parte la temperatura aumenta al expandirse el gas, esto es porque en la primera parte es constante su temperatura sin embargo en la segunda parte la presión es constante. En cambio, en la última parte tanto el volumen-presión- temperatura son constantes. 77960 77970 77980 77990 78000 78010 78020 78030 78040 78050 78060 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 Valores Y 9500 10000 10500 11000 11500 12000 12500 0 50 100 150 200 250 300 350 400 ValoresY 10 Para obtener los cálculos se realizó lo siguiente: Calcular la Po (Po = Patm + Pembolo) •Se calculan las dinas/cm² de los 585 mmHg: 585 mmHg | 1.013x10⁶ dinas/cm² / 1 mmHg = 779743.4211 dinas/cm² •Se calcula el Pembolo ( Pembolo = (Membolo)(g) / A Pembolo = (8g)(9.81m/s²) / 2.6015 cm² = 30.1672 g•m/s² / cm² •Se realiza la operación inicial: Po= Patm + Pembolo = 779743.4211 + 30.1672 = 77973.5883 dinas/cm². Calcular las Presiones (Por = mi•g/A) P1 = (6g)(9.81m/s²) / 2.6015 cm² = 22.6254 Pi = Po + Pi P1 = 77973.5883 + 22.6254 P1 = 77996.2137 dinas/cm² P2 = (15g)(9.81) / 2.6015 = 56.5635 P2 = 77973.5883 + 56.5635 P2 = 78030.1518 dinas/cm² P3 = (21g)(9.81) / 2.6015 = 79.1890 P3 = 77973.5883 + 79.1890 P2 = 78052.7773 dinas/cm² Calcular los Volúmenes Vo = 9.5 L | 1000cm³ / 1L| = 9500 cm³ V1 = 9 L | 1000cm³ / 1L| = 9000cm³ V2 = 8 L | 1000cm³ / 1L| = 8000cm³ V3 = 10L | 1000cm³ / 1L| = 10000cm³ Calcular la PV PoVo = (77973.5883dinas/cm²)(9500cm³) = 740749038.5 dina•cm P1V1 = (77996.2137 dinas/cm²)(9000cm³) = 701965923.3 dina•cm P2V2 = (78030.1518 dinas/cm²)(8000cm³) = 624241214.4 dina•cm P3V3 = (78052.7773 dinas/cm²)(10000cm³) = 780527773 dina•cm 11 Segunda Tabla. Calcular la T de °C a °K To = 0 °C + 273 = 273 °K T1 = 40 °C + 273 = 313 °K T2 = 60 °C + 273 = 333 °K T3 = 80 °C + 273 = 353 °K T4 = 100 °C + 273 = 373 °K Colocar el volumen Vo = 10 cm² V1= 11cm² V2= 11cm² V3= 11cm² V4= 12cm² Calcular el V/T Vo/To = 10 cm²/ 273 °K = 0.0366 cm²/°K V1/T1= 11cm²/313 °K = 0.0351 cm²/°K V2/T2= 11cm²/333 °K = 0.0330 cm²/°K V3/T3= 11cm²/353 °K = 0.0311 cm²/°K V4/T4= 12cm²/373 °K = 0.0321 cm²/°K Tercera tabla Se llenan los espacios de Temperatura en °C y °K, Volumen (cm³), Presión (Dina/cm²) y debemos de calcular la PV/T P1V1/T1 = (77996.2137 dinas/cm²) (9000cm³)/11cm² = 13216.79022 ergios P2V2/T2 = (78030.1518 dinas/cm²) (8000cm³)/ 11cm² = 34163.21977 ergios 12 En el experimento observe que mientras más subía la temperatura mayor era la presión. Y esto se podía observar con las pesas, a modo que la temperatura aumentaba estas con la jeringa parecía que pesaban menos. Pero esto se debía a que la presión empujaba el peso. La ley de Gay-Lussac establece que la presión de un gas a un volumen fijo es proporcional a su temperatura. Si una cierta cantidad de gas es La presión intermedia se mantiene constante, la relación entre la presión y la temperatura sin alterar. Dentro del laboratorio se realizó la práctica, para demostrar diferentes leyes como, por ejemplo, la ley de Boyle, la ley de charles, la ley de los gases combinados, dentro de la práctica se realizaron cálculos, así como las conversiones de nuestros datos obtenidos, se nos dio retroalimentación de la teoría en lo ya antes visto en clase, para al final realizar nuestro reporte. Finalmente logramos obtener nuestros resultados, para graficar y justificar algunas de las preguntas, demostrando así lo antes visto en la teoría, además de concluirla para entregar en tiempo y forma nuestra práctica. 13 Por el experimento se pudo observar que los gases son afectados tanto por la presión como por el volumen y que las leyes de los gases de Boyle y de Charles son ciertas y fáciles de comprobar. También se puede observar por los resultados que no existe un gas ideal ya que existen demasiados factores que pueden modificar los resultados Por concluir se puede decir que las leyes de Charles y Boyle Mariott son muy importantes en nuestra física ya que cada una tiene su pensamiento. La de Charles nos dice que estudió por primera vez la relación entre el volumen y la temperatura de una muestra de gas a presión constante y observó que cuando se aumentaba la temperatura el volumen del gas también aumentaba y que al enfriar el volumen disminuía. En cambio, la de Boyle Mariott establece que la presión de un gas en un recipiente cerrado es inversamente proporcional al volumen del recipiente, cuando la temperatura es constante. Se observó cómo en la primera parte de la práctica cuando colocamos el soporte para sujetar a la jeringa y así empezar a calcular las presiones y volúmenes en su momento fue uno de los procesos muy fáciles y poco estresantes, al momento de empezar a calentar el agua y así colocar el termómetro hasta las temperaturas que se nos solicitaron observé cómo es que se llegaba a mover una mínima parte del volumen. En mi propia opinión, fue muy divertido e interesante para mí realizar esta práctica ya que en laboratorios anteriores no había hecho anteriormente, observé cómo es que con presión y temperatura pueden tener distintos resultados para un volumen exacto, me gustó mucho la práctica. 14 1. Briceño, G., V. (2021, 2 diciembre). Ley de Boyle | Qué es, en qué consiste, enunciado, fórmula, ejemplos, historia. Euston96. Recuperado 4 de septiembre de 2022, de https://www.euston96.com/ley-de-boyle/ 2. Briceño, G., V. (2021b, diciembre 2). Ley de Gay-Lussac | Qué es, en qué consiste, enunciado, fórmula, ejemplos. Euston96. Recuperado 4 de septiembre de 2022, de https://www.euston96.com/ley-gay-lussac/ https://www.euston96.com/ley-de-boyle/ https://www.euston96.com/ley-gay-lussac/
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