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GUÍA Nº 3
VARIACIÓN DEL VOLUMEN DEL AIRE CON LA TEMPERATURA
1.- Introducción
El principio que sustenta esta actividad experimental es la ley de los gases ideales
con la restricción de que las presiones involucradas son mucha más pequeñas que
la presión atmosférica.
El volumen de un gas depende de la temperatura y la presión a la que se
encuentra, de forma que al aumentar la temperatura aumentará su volumen (ley
de Charles y Gay-Lussac) y al aumentar la presión el volumen disminuirá (ley de
Boyle-Mariotte). Está claro que también dependerá de la cantidad de gas que
tengamos: si aumentamos la cantidad de gas, debe aumentar su volumen.
Pero la cantidad de gas que influye no es su masa, sino las moléculas de gas
presentes: el número de moles: un mol de gas a 0 ºC y una atmósfera de presión
Asignatura: Física Termodinámica
Área Ciencias Básicas
Responsables: Patricio Pacheco H./Jacqueline
Alea P.
Fecha actualización: Otoño 2009
ocupa siempre 22,4 litros, dos moles 44,8 litros etc. Por la ley de los gases
sabemos que:
Si tenemos un mol de gas a 0 ºC (273 K) y 1 atmósfera de presión, ocupa
siempre 22,4 l, por lo que sustituyendo en la ecuación anterior nos queda:
atm litros
PV 1 * 22.4
=
= 0.082
T
273
mol kelvin
Ese número se denomina constante de los gases ideales y se designa por la letra
R. Podemos escribir entonces:
y pasando T al otro miembro de la igualdad
.
Y, si indicamos por n el número de moles:
Ecuación esta última que se conoce como ecuación de los gases ideales.
2.- Aprendizajes Esperados
a) De acuerdo al programa de estudios
2.1.- Criterios de Evaluación
a) Determinar el cambio del volumen en relación con el cambio de la
temperatura para presión constante en una columna de aire.
3.-Materiales
a)
b)
c)
d)
e)
f)
g)
h)
i)
j)
k)
l)
m)
n)
o)
1 Manómetro de tubo en U
1 Matraz erlenmeyer, 50 ml
1 tapón con una perforación
1 Pieza de empalme para mangueras
1 Manguera de goma (40 cm)
2 Bases de soporte
3 Varillas de soporte, 50 cm
2 Mordazas dobles
2 Pinzas universales
1 Termómetro de agitación
1 Probeta graduada, 100ml
1 Embudo, 1 Hervidor
1 Regla de medición 0,5 m
1 Mechero, fósforos
Agua ,Trapos
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4.- Actividades
4.1.- Procedimiento
1. Construya el sistema que propone la Figura N° 1.
Figura N° 1
2. Preparación experimental de la actividad.
a) Unir las piezas de soporte como lo indica la Figura N° 1.
b) Fijar 2 pinzas universales en la varilla izquierda por medio de las mordazas
dobles.
c) Llenar el calorímetro con agua hasta la mitad y sujetarlo en la pinza
universal inferior. La distancia entre el calorímetro y el mechero debe ser
aproximadamente de 15 cm.
d) Fijar el manómetro en la varilla derecha. Llenar el tubo con agua (liquido
manométrico), hasta que el tubo se llene hasta a mitad.
e) Poner sobre el Matraz erlenmeyer el tapón, la pieza de empalme para
mangueras y la manguera.
f) Unir el extremo libre de la manguera con el tubo manometrico.
g) Introducir el Erlenmeyer en el calorímetro y fijar la pieza de empalme de
mangueras en la pinza universal.
h) Mover el tubo b del manómetro de tal manera que el nivel de agua sea el
mismo en ambos tubos.
i) Para la toma de datos prepare el Cuadro N° 1.
3. Desarrollo de la experiencia para obtener los valores de interés.
a) Marque por medio de un lápiz universal la altura del nivel de agua en el tubo
Manométrico, a marca inicial.
b) Anote la temperatura del agua T0.
c) Prenda el mechero y caliente al baño María hasta que la temperatura del
agua sea 2 º C más alta.
d) Agite el agua constantemente.
e) Ponga el mechero por debajo del calorímetro únicamente por tiempos
cortos. (En caso contrario la temperatura se eleva demasiado rápido).
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f)
Ponga los niveles de agua en los tubos manometricos nuevamente en la
misma altura.
g) Marque sobre el tubo a, nuevamente la altura del nivel del agua.
h) Apague la llama.
i) Mida la altura h entre la marca inicial y las diferentes marcas
correspondientes a los distintos niveles de agua.
4.2.- Cálculo y Resultados
Cuadro N° 1
Temperatura inicial T0 =
ºC
Variación de la
temperatura
Temperatura del baño
maría
∆T = ∆T1 - ∆T0
T1
Volumen (cm3)
5 °C
10 °C
15 °C
20 °C
25 °C
Cuadro N° 1
a) Construya una gráfica situando ∆T en el eje de abscisas y volumen en el de
ordenadas. Marque los valores medidos en la gráfica.
b) ¿Qué relación existe entre variación del volumen de aire y la variación de la
temperatura?
_____________________________________________________________
_____________________________________________________________
____
c) Calcule de la grafica la pendiente y obtenga el número de moles de gas
encerrado en la manguera. Explique las restricciones de su cálculo.
5.- Bibliografía
1. R. Serway, Vol. I, Física, Editorial Mc Graw – Hill, 2005
2. Termodinámica, Tomo I, Yunus A. Cengel – Michael A. Boles, Editorial Mc
Graw – Hill, 1999
3. Termodinámica Técnica Fundamental, M.W. Zemanzky – H.C. Van Ness,
Editorial Aguilar S.A., España, 1980
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