Laboratorio 4 Boyle

LEY DE BOYLE-MARIOT BOYLE-MARIOTTE TE I.

LOGROS 

Comprobar experimentalment experimentalmente e la ley de Boyle.

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Calcular la constante de proporcional proporcionalidad idad establecida en la ley de Boyle.

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Confirmar de manera experimental la ley de Boyle.

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II.

Medir punto a punto la presión presión P del aire a temperatura ambiente en dependencia con la posición del embolo S. Determinar experimentalmente la relación existente entre la presión y el volumen de aire a temperatura constante. Calcular experimentalmente el trabajo realizado por un pistón al comprimir un gas. Analizar con base a gráficos obtenidos los datos experimentales de presión y volumen, qué tanto se ajusta el aire al comportamiento ideal a las condiciones de trabajo en el laboratorio. Estimar el valor de la constante k, en la ley de Boyle, Boyle, para el aire a la temperatura del laboratorio a partir de las gráficas obtenidas. EQUIPOS Y MATERIALES:

Figura 4: Equipo de demostración de la Ley de Boyle

Una PC ( con el software logger pro)

Un papel milimetrado

III. MARCO TEORICO: GASES Los gases fluyen como líquidos y por esta razón ambos se llaman fluidos la diferencia principal entre un gas y un líquido es la distancia entre sus moléculas. En un gas las moléculas están alejadas y libres de la fuerza de cohesión que denominan sus movimientos como en la fase liquida o solida. Sus movimientos tienen menos restricciones. U gas se expande en forma indefinida, y llena el espacio que tenga disponible. Solo cuando la cantidad de gas es muy grande, por ejemplo en la atmosfera de la tierra o en una estrella, las fuerzas de la gravedad si limitan la forma de la masa de un gas. LEY DE LOS GASES IDEALES: La ley de los gases ideales es la ecuación de estado del gas ideal, un gas hipotético formado por partículas puntuales, sin atracción ni repulsión entre ellas y cuyos choques son perfectamente elásticos (conservación de momento y energía cinética). Los gases reales que más se aproximan al comportamiento del gas ideal son los gases monoatómicos en condiciones de baja presión y alta temperatura. Empíricamente, se observan una serie de relaciones entre la   temperatura, la presión y el volumen que dan lugar a la ley de los gases ideales, deducida por primera vez por  Émile Clapeyron en 1834.

Diagrama presión-volumen a temperatura constante para un gas ideal.

ECUACIÓN DE ESTADO: La ecuación que describe normalmente la relación entre la presión, el volumen, la temperatura y la cantidad de un gas ideal es: PV=nRT………….(1)

Donde: T: es la temperatura del gas V: es el volumen del gas P: es la presión del gas N: es el número de moles R: es la constante universal de los gases RELACION DE PRESION VOLUMEN: LEY DE BOYLE-MARIOTTE La Ley de Boyle-Mariotte (o Ley de Boyle), formulada por Robert Boyle y Edme Mariotte, es una de las leyes de los gases ideales que relaciona el volumen y la presión de una cierta cantidad de gas mantenida a temperatura constante. La ley dice que el volumen es inversamente proporcional a la presión: PV=k Donde k es constante si la temperatura y la masa del gas permanecen constantes. Cuando aumenta la presión, el volumen disminuye, mientras que si la presión disminuye el volumen aumenta. El valor exacto de la constante k no es necesario conocerlo para poder hacer uso de la Ley; si consideramos las dos situaciones de la figura, manteniendo constante la cantidad de gas y la temperatura, deberá cumplirse la relación: P1 V1 = P2 V2  Además se obtiene despejada que: P1 = P2 V2 / V1 V1 = P2 V2 / P1 P2 = P1 V1 / V2 V2 = P1 V1 / P2 Donde: P1= Presión Inicial P2 = Presión Final

V1= Volumen Inicial V2= Volumen Final

Esta Ley es una simplificación de la Ley de los gases ideales particularizada para procesos isotermos. Junto con la ley de Charles y Gay-Lussac y la  ley de Graham, la ley de Boyle forma las leyes de los gases, que describen la conducta de un gas ideal. Las tres leyes pueden ser generalizadas en la ecuación universal de los gases. IV. PROCEDIMIENTO: CASO 1: Compr esión del gas (disminuc ión de volum en y aumento de presión)  1. Disponga del equipo de demostración de la ley Boyle Mariotte sobre la mesa de trabajo 2. Abrir la válvula de dosificación para ventilar el cilindro del equipo de demostración de la ley de Boyle (ver figura 4). 3. Cierre la válvula, lea y anote la presión en la tabla 1 4. Gire el pistón hasta obtener un volumen de 65 ml de la escala graduada del cilindro y cierre la válvula de dosificación (1ml=10 -6m3). 5. Tome lectura de la temperatura del ambiente y regístrelo en la tabla 1.2 y 2.2 en Kelvin. 6. Lea la presión que indica la aguja del manómetro (P man) , considerando unidades del SI (recordar que: 1hPa=100 N/m 2) . A la presión manométrica deberá sumarle la presión atmosférica (Patm=1.013x105 N/m2 ), obteniendo la presión absoluta P (P=P man+Patm) . Luego registre el valor P en la tabla 1.1. 7. Desplace el pistón cada 5ml según se indica en la tabla 1.1, hasta un volumen de 20 ml, registrando la lectura de la presión en la tabla mencionada para cada caso según el procedimiento (4). CASO 2: Expansión del gas (aumento de volum en y dism inución de presión)  1. Abra la válvula de dosificación. 2. Cierre la válvula de dosificación y registré los valores de presión.

3. Ubique el pistón en el volumen 20 ml de la escala graduada y cierre la válvula de dosificación. 4. Lea la presión que indica el manómetro teniendo en cuenta el procedimiento (4) y regístrelo en la tabla 2.1. 5. Desplace el pistón cada 5ml según se indica en la tabla 2.1, hasta llegar al volumen de 65ml, registrando la lectura de la presión en la tabla en mención para cada caso. V. ACTIVIDADES 1. Realice el producto de la presión P y el volumen V en cada caso según corresponda para la tabla 1.1 y verifique si el producto permanece constante según se indicó en la ecuación (2). 2. Realice la actividad anterior (1) para la tabla 2.1. 3. Ingrese los datos de volumen y presión de la tabla 1.1 a la tabla de datos del software Logger Pro y posteriormente presione el botón Autoescala gráfica para una mejor visualización de la gráfica obtenida. 4. Calcule experimentalmente el trabajo W realizado por el gas (ecuación 3). Para ello obtenga el área bajo la curva seleccionando la región de interés y luego presionando el botón integral. Registre este dato en la tabla 1.2 indicando si el gas realiza trabajo positivo o negativo. 5. Realice la actividad (3) para los datos de la tabla 2.1 y registre el trabajo W del gas en tabla 2.2. 6. Grafique P vs 1/V. con los datos de la tabla 1.1 y tabla 2.1, y realizando un ajuste lineal obtenga el valor de la pendiente (m) en cada caso. Registre los valores en la tabla 1.2 y 2.2 según corresponda. 7. Despejando de la ecuación (1), obtenga el número de moles dentro del cilindro para el caso 1 y caso 2, registrándolos en la tabla 1.2 y 2.2 respectivamente. VI. RESULTADOS Registrar los datos obtenidos en las tablas. Tabla 1.1: Obtención de la constante de Boyle (1ml =10 -6 m3 considerar: y 1 hPa = 100 N/m2) V(ml) 65 60 55 50 45 40 35 30 25 20

V(m3 )

P(N/m2)

P.V (constante)

Tabla 1.2: Cálculo del número de moles n y del trabajo. T (k)

m=PV

n=PV/TR

W(J)

Tabla 2.1: Obtención de la Constante de Boyle V(ml) 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65

V(m3 )

P(N/m2)

P.V (constante)

Tabla 2.2: Cálculo del número de moles n y del trabajo. T (k)

m=PV

n=PV/TR

W(J)

V. ACTIVIDAD: 2. Obtenga el grafico Presión vs Volumen ¿Qué representa físicamente la curva de este grafico? Explique. De la tabla N°1 Prueba #1 Compresión a 21.3 °C

Prueba #2 Expansion a 22.1 °C

Prueba #3 Compresión a 24.0 °C

Prueba #4 Expansion a 25.5 °C

VII. OBSERVACIONES Y RECOMENDACIONES: El trabajo realizado en el laboratorio se ve afectado por el calor influenciado en la zona lo que provoca que no se pueda trabajar a distintas temperaturas y llegar a tener resultados variados Los datos obtenidos en la práctica fueron experimentales, por ende existe un errores en los mismo, se trato de realizar la toma de datos con la mayor exactitud posible para de esta manera disminuir los errores en los mismos. Al graficar los datos y realizar la curva utilizando un programa de computadora podemos minimizar los errores en la pendiente. Se debe realizar el cambio de presión de manera raudamente puesto que a dejar de mover el embolo del equipo este hace que se disipe el aire de la presión por las áreas laterales y hasta por el calor que va experimentar el equipo. Si queremos llegara tener diferentes datos del experimento debemos cambiar la temperatura como bajor a una temperatura menor al que experimenta el ambiente o mayor esto se logra utilizando calefactores o enfriadores de ambiente. 

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VIII. CONCLUSIONES: 

Las relaciones de presión-volumen de los gases ideales están gobernadas por la ley de Boyle: el volumen es inversamente proporcional a la presión.

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El comportamiento del aire se aproxima bastante bien al de un gas ideal (obsérvese el ajuste de la isoterma a los datos experimentales).

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De la tabla No. 1 se puede deducir que, efectivamente, a temperatura constante la presión de un gas es inversamente proporcional a su volumen de acuerdo con la ley de Boyle.

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La difusión de los gases demuestra el movimiento molecular aleatorio.

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Concluimos que si se va a trabajar con cambios altos de presión como en el ejemplo de buzo que al no tener en cuenta que al estar bajo el agua la presión del gas que tenia dentro de sus pulmones era mayor que en la superficie, y al querer subir a la superficie de manera rápida sin descomprimirlo puede sufrir graves daños en su sistema respiratorio y sanguíneo ya que la sangre transporta gases (aire) y el aire se expande cuando la presión disminuye.

BIBLIOGRAFIA: 

http://www.educaplus.org/play-117-Ley-de-Boyle.html

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http://html.rincondelvago.com/ley-de-boyle_1.html

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http://ar.answers.yahoo.com/question/index;_ylt=Arl8LWJblLQ497d9TFtn.6XM.At.;  _ylv=3?qid=20090719141001AAKYzup

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http://www.fisicanet.com.ar/fisica/gases/resueltos/tp02_gases_ideales_problema02 .php

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http://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Boyle-Mariotte

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http://www.monografias.com/cgi-bin/search.cgi?query=ley%20de%20boyle