Ley de Boyle

LEY DE BOYLE – PRESIÓN Y VOLUMEN I.

OBJETIVOS Comprobar experimentalmente la Ley de Boyle  –  Mariote, hallando la relación que existe entre la presión y volumen de un gas (aire) a una temperatura constante, y determinar experimentalmente la presión atmosférica en la cuidad de Puno.

II.

FUNDAMENTOS TEÓRICOS La Ley de Boyle establece que la presión de un gas en el interior de un recipiente esta relacionada con el volumen del gas. En otras palabras, si cambia la presión. Para una cantidad determinada de gas a una temperatura dete rminada, la presión del gas es inversamente proporcional al volumen. Una forma de verificar esto es dibujar la grafica de la inversa del volumen del gas frente a la presión del gas.

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      

(1) (2)

III.

IV.

MATERIALES NECESARIOS 

Jeringuilla (con sensor).



Tubos (con sensor).



Conector de ajuste rápido (con sensor).



Sensor de presión.



Software DataStudio.

METODOLOGÍA 4.1.Esquema Del Experimento Ajuste el volumen de aire en la jeringuilla a 20 ml. (nota: para fijar la posición inicial del pistón, desconecte el conector de l sensor, mueva el pistón a la primera posición (20 ml.) y vuelva a conectar el conector al sensor).

4.2.Datos Experimentales Datos del tubo que conecta la jeringuilla con el sensor de presión, registremos los siguientes datos en la tabla 1.

Tabla 1 Datos del Tubo

Valor 9.8 2.1 32.32

Longitud Diámetro Volumen

Calculemos la presión atmosférica con ayuda del sensor de presión (absoluta) y temperatura del medio, registremos en la tabla 2.

Tabla 2 Valor Presión Atmosférica en la ciudad Universitaria (UNA) (kPa) Temperatura del medio (°C) A continuación mediante el esquema del experimento variemos el volumen mediante la jeringuilla, y tomemos los datos de la presión del gas (aire) y registremos los datos en la tabla 3.

N° 1 2 3

Tabla 3 Volumen (mL.) 20 18 16

Presión (kP) 64 69.1 76.2

Volumen inverso 0.05 0.056 0.0625

4 5 6 7 8 9 10

14 12 10 8 6 4 2

83.1 94.1 103.1 120.1 139.5 168.3 210.9

0.0714 0.0833 0.1 0.125 0.166 0.25 0.5

Tabla 3

V.

Volumen (mL)

Presión (kPa)

K (kPa*mL)

20 18 16 14 12 10 8 6 4 2

64 69.1 76.2 83.1 94.1 103.1 120.1 139.5 168.3 210.9

1280 1243.8 1219.2 1163.4 1129.2 1031 960.8 837 673.2 421.8

Cuestionario 1. Calcular la presión atmosférica mediante la latitud, y realizar una comparación con el valor obtenido, calcular el error potencial. 2. Calcular la presión atmosférica en la ciudad universitaria, en el mirador “PUMA UTA”, en la cuidad de Juliaca e Ilave.

3. Realice una gráfica de presión y el volumen, y realice una interpretación física del comportamiento de la gráfica. 

4. Graficar presión frente volumen inversa (P vs ) y calcular la pendiente de la gráfica. 5. Realice una comparación del valor de la pendiente obtenida, con el valor de la constante C. Calculado mediante la ecuación. 6. Con la ayuda de la tabla 3, calcular el promedio del valor de la constante “K”. K (kPa*mL) 1280 1243.8 1219.2 1163.4 1129.2 1031 960.8

837 673.2 421.8 Promedio: 995.94

7. Muestre la gráfica con el ajuste lineal Volumen vs K. 8. Realice una interpretación física de la presión atmosférica y realice una gráfica. 9. Cuáles son las fuentes de error en este experimento. En cada una de ellas. Intente determinar qué efectos tendría en los resultados del experimento. 10. Defina que es un gas ideal, y realice una gráfica de la definición.

Un gas

ideal es

un gas teórico compuesto

de

un

conjunto

de partículas

puntuales con desplazamiento aleatorio que no interactúan entre sí. El concepto de gas ideal es útil porque el mismo se comporta según la   ley de los gases ideales, una ecuación de estado simplificada, y que puede ser analizada mediante la mecánica estadística. En condiciones normales tales como condiciones normales

de presión

y

temperatura, la mayoría de los gases reales se comporta en forma cualitativa como un gas ideal. Muchos gases tales como el nitrógeno, oxígeno, hidrógeno, gases nobles,  y algunos gases pesados tales como el  dióxido de carbono pueden ser 1

tratados como gases ideales dentro de una tolerancia razonable. Generalmente, el apartamiento

de

las

condiciones

de

gas

ideal

tiende

a

ser

menor

a

1

mayores temperaturas y a menor  densidad (o sea a menor  presión), ya que el trabajo realizado

por

las

fuerzas

intermoleculares

es

menos

importante

comparado con energía cinética de las partículas, y el tamaño de las moléculas es menos importante comparado con el espacio vacío entre ellas. El modelo de gas ideal tiende a fallar a temperaturas menores o a presiones elevadas, cuando las fuerzas intermoleculares y el tamaño intermolecular es importante. También por lo general, el modelo de gas ideal no es apropiado para la mayoría

de

los

gases

pesados,

tales

como vapor

de

agua o

muchos

1

fluidos refrigerantes.  A ciertas temperaturas bajas y a alta presión, los gases reales sufren una transición de fase,  tales como a un líquido o a un sólido. El modelo de un gas ideal, sin embargo, no describe o permite las transiciones de fase. Estos fenómenos deben ser modelados por  ecuaciones de estado más complejas. El modelo de gas ideal ha sido investigado tanto en el ámbito de la  dinámica newtoniana (como por ejemplo en "teoría cinética") y en mecánica cuántica (como "partícula en una caja"). El modelo de gas ideal también ha sido utilizado para modelar el comportamiento de electrones dentro de un metal (en el Modelo de Drude y en el modelo de electrón libre), y es uno de los modelos más importantes utilizados en la mecánica estadística.

VI.

CONCLUSIONES

VII.

BIBLIOGRAFÍA [1] Volkenshtein, Problemas de física general, Editorial MIR. [2] Frish  – Timoreva, Curso de física general, Editorial MIR. [3] E. Wittenbauer, Problemas de mecánica ge neral, Editorial MIR 1976. [4] Laboratorio de Física con Ordenador, PASCO sc ientific, 1998.