Practica 4 Termodinámica Comprobacion de ley de Boyle

Instituto Politécnico Nacional ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÍMICA INDUSTRIAL E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS TERMODINAMICA BASICA Laboratorio de Electricidad y Magnetismo

Practica No. 4 “COMPROBACIÓN COMPROBACIÓN DE LA LEY DE BOYLE”

Nombre del profesor: Jorge Carlos Hernández García Grupo: 1IM11 Ciclo escolar: “17-1” (Agosto –  Diciembre 2016)

Equipo: 6

Fecha: 28 septiembre 2016

Integrantes del Equipo • • • • •

Aguilar Hernández Jorge Martin Romero Andrade Erick Jesús Trujillo De Los Santos Javier Valerio Niño Roberto Carlos Vélez Romero David Julián

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1.Objetivo General: A partir de datos experimentales de presión y volumen obtenidos por el estudiante en el laboratorio, demostrar numérica y gráficamente la veracidad de la ley de Boyle.

Fundamentación teórica

Proceso termodinámico: es el cambio de estados termodinámicos, de acuerdo a las condiciones de presión, volumen y temperatura.

Isotérmico: la temperatura es constante Gas ideal

El que se comporta diferente al real

El volumen que ocupan las moléculas es despreciable; así como sus fuerzas eléctricas.

Cuando la temperatura es alta y la presión es baja su comportamiento ideal es más real.

La experimentación de gases, deducen las leyes de su comportamiento, y se les llama Leyes de los gases ideales.

Ley de Boyle: el químico Robert Boyle descubrió que al aumentar la presión el volumen del gas disminuía.

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Cálculos:

ℎ

Altura (  ) (cm)

43 cm 40 cm 37 cm 34 cm 31 cm 28 cm 25 cm

19.8 cm 18.7 cm 17.4 cm 16.2 cm 14.7 cm 13.1 cm 11.4 cm

25.3 cm 30.2 cm 35.4 cm 41.4 cm 48 cm 55.4 cm 62.8 cm

 = 0.915

ℎ = 58.5

 = 26°C

ℎ

1.- Calcula el radio interno del tubo de vidrio (Ri) en cm. Formula:

 = 2 Solución:

 = 0.915 2 = 0.4575  2.- Calcula Los valores de la altura de aire (h aire) en cm. Formula:

ℎ  = ℎ  ℎ Solución: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

ℎ

Altura total (  )(cm)

haire= (43) – (19.8) = 23.2cm haire= (40) – (18.7) = 21.3cm haire= (37) – (17.4) = 19.6cm haire= (34) – (16.2) = 17.8cm haire= (31) – (14.7) = 16.3cm haire= (28) – (13.1) = 14.9cm haire= (25) – (11.4) = 13.6cm

Altura ( (cm)

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3.- Calcula los valores del volumen del aire (Vaire) en cm3 y transforma los resultados a m3 Recuerda: 1 m3 = Vaire =

1×10  = 1,000,000 cm

3

 ∙  ∙ ℎ

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

3.1416  ∙ 0.4575  ∙ 23.2  = 15.2553 cm ÷ 1,000,000 cm3 = 1.5253×10− 3.1416  ∙ 0.4575  ∙ 21.3  = 14.0059 cm ÷ 1,000,000 cm3 = 1.4005×10− 3.1416  ∙ 0.4575  ∙ 19.6  = 12.8881 cm ÷ 1,000,000 cm3 = 1.2 888× 10− 3.1416  ∙ 0.4575  ∙ 16.3  = 10.7181 cm ÷ 1,000,000 cm3 = 1.0 718× 10− 3.1416  ∙ 0.4575  ∙ 14.9  = 9.7975 cm ÷ 1,000,000 cm3 = 9.7 975× 10− 3.1416  ∙ 0.4575  ∙ 13.6  = 8.9427 cm ÷ 1,000,000 cm3 = 8.9 427× 10− 3.1416  ∙ 0.4575  ∙ 11.4  = 7.4961 cm ÷ 1,000,000 cm = 7.4961 ×106 3

 en Kg/m3, con la siguiente expresión.

4.- Calcula la densidad del mercurio ( Formula: Dónde: tamb en °C

 = 13595.082.466 +3×10− Solución:

 = 13595.082.46626° +3×10−26° = 13531.1668 kg/m

3

5.- Calcula la Presión atmosférica (Patm) en pascales, con la Altura Barométrica (hbarom) en metros. Formula: g = 9.78m/s2 (valor de la aceleración de la gravedad en la Cd. De México) Patms=

 ∙∙

Solución:

 = (13531.1668 )(9.78  )0.585 = 77,653.3362

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6.- Transforma todos los valores de h a y hc a metros. Recuerda: 1m = 100 cm Formula:

ℎ  ÷ 100 =  ℎ  ÷ 100 =  ha

hc

25.3 ÷100 = .253 30.2 ÷100 = .302 35.4 ÷100 = .354 41.4 ÷100 = .414 48.0 ÷100 = .480 55.4 ÷100 = .554 62.8 ÷100 = .628

19.8 ÷100 = .198 18.7 ÷100 = .187 17.4 ÷100 = .174 16.2 ÷100 = .162 14.7 ÷100 = .147 13.1 ÷100 = .131 11.4 ÷100 = .114

7.- Calcula los valores de la altura neta de mercurio (hHg) en m. Formula:

ℎ = ℎ  ℎ Solución: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

.253  .198 = 0.055 .302  .187 = 0.115 .354  .174 = 0.183 .414  .162 = 0.252 .480  .147 = 0.333 .554  .131 = 0.423 .628  .114 = 0.514

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8.- Calcula los valores de la presión Hidrostática de mercurio (Ph) en pascales. Formula:

  = ℎ Solución: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

13531.1668 /9.78 /0.055 = 7300.7410 13531.1668 /9.78 /0.115 = 15262.1852 13531.1668 /9.78 /0.183 = 24241.5568 13531.1668 /9.78 /0.252 = 33348.3724 13531.1668 /9.78 /0.333 = 44067.4921 13531.1668 /9.78 /0.423 = 55977.6251 13531.1668 /9.78 /0.514 = 68020.0930

9.-Calcula los valores de la presión absoluta (Pabs) en pascales.

Formula:

 =  +  Solución: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

7300.7410 + 77653.3362 =84954.077Pa 15262.1852 + 77653.3362 =92915.5218Pa 24241.5568 + 77653.3362 =101944.893Pa 33348.3724 + 77653.3362 =111001.7086Pa 44067.4921 + 77653.3362 =121720.8283Pa 55977.6251 + 77653.3362 =133630.9613Pa 68020.0930 + 77653.3362 = 145673.4292Pa

10.- Calcula los valores de la constante de la Ley de Boyle (k) en Pa· m3 Formula:

 =  Solución: 1. 2. 3. 4. 5.

 84954.0771.5253 × 1055 = 1.2955 92915.52181.4005 × 105 = 1.3008 101944.8931.2888 × 10 5  = 1.3130 111001.70861.0718 × 106 = 1.2856 121720.82839.7975 × 10   = 1.3145

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6. 7.

133630.9613 8.9427 × 1066  = 1.3284  145673.42927.4961 × 10   = 1.3221

11.- Calcula el promedio de los valores de la constante de Boyle (Kprom) en Pa.m3 Formula: Donde “N” es el No. de eventos

  =  ∈ Solución:

   =  9.1599 7 = 1.3085 ∙  12.- Calcula los valores del volumen ajustado del aire (Vajustado) en m3 y transfórmalo a cm3 Formula: 1m3= 1,000,000 cm3

 ∙ 1,000,000  Vajustado =  K promedio =  Pabs Solución: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

 −    =  .∙ . =  1.5410  1,000,000 = 15.4 .∙  =  1.4010−1,000,000 = 14  =  . .∙  = 1.28−1,000,000 = 12.8  =  . .∙  = 1.1710−1,000,000 = 11.7  =  . .∙  =  1.0710−1,000,000 = 10.7  =  . .∙  =  9.7910−1,000,000 = 9.79  =  . .∙  =  8.9810−1,000,000 = 8.98  =  .

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13.- Traza una gráfica de Pabs (en el eje y) contra Vajustado en el eje x y en cm3

Pabs vs Vajustado 160000 140000 120000         )       a        P         (

      a        t       u         l       o       s         b       a

       P

84954.077

100000

92915.521

101944.893

145673.4292 133630.9613 121720.8283 111001.7086

80000 60000 40000 20000 0 15.4

14

12.8

11.7

10.7

9.79

8.98

Vajustado(cm3) Pabs vs Vajustado

Tabla de resultados

 =

13531.1668 kg/m3 Medición

 =

77,653.3362Pa

 



 =

 =

0.4575cm





1.3085Pa∙m^3





(cm)

(cm)3

(m)

(m)

(m)

(Pa)

(Pa)

1

23.2

.253

.198

0.055

21.3

.302

.187

0.115

7300.7410  15262.1852 

84954.077

2 3

19.6

.354

.171

0.183

24241.5568 

101944.893

4

17.8

.414

.162

0.252

33348.3724 

111001.7086

5

16.3

.48

.147

0.333

6

14.9

.554

.131

0.423

44067.4921  55977.6251 

7

13.6

1.5253− × 10 1.4005− × 10 1.2888− × 10 1.0718− × 10 9.7975 × 10− 8.9427− × 10 7.49616 ×10

.628

.114

0.514

RESULTADOS

K Vajustado (Pa.m3) (cm3)

1.2955 1.3008 1.3130 1.2856

15.4

1.3145 133630.9613 1.3284 68020.0930 145673.4292 1.3221

10.7

92915.5218

121720.8283

14 12.8 11.7

9.79 8.98

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1-. En esta práctica ¿Qué sustancia representa al sistema termodinámico? R: La sustancia con la que se está trabajando es el aire por ser ideal la cual nos permite tener un mejor desempeño en cuestión experimental. 2-. ¿Por qué en el cálculo de las presiones hidrostáticas y atmosféricas, la densidad debe sustituirse en kg/m3, la aceleración debida a la gravedad en m/s2 y la altura en metros? R: Se debe de tener esas unidades ya que al hacer las operaciones a lo que queremos llegar es a pascales por lo que las unidades deberían ser kg/ms2 que es pascal 3-. En el proceso ¿se mantiene constante realmente la temperatura? ¿Por qué? R: Se entiende que al no haber alguna fuente de calor cercana la temperatura debería ser constante pero realmente no existe un proceso ideal en este caso ya que tenemos varias fugas de aire en cuestión de las ventanas y de una posible transferencia de calor debido a la temperatura que pudiera aumentar o disminuir en el ambiente más la que se podría transferir de nosotros al aparato. 4-. Entonces ¿por qué se considera en el proceso realizado a la temperatura como constante? R: Se considera como constante ya que en este experimento no tenemos ninguna fue de calor que este ingresando a nuestro sistema ya que nuestro objetivo es demostrar la ley de Boyle que sería a una temperatura constante, y al querer tener esos resultados e por lo que consideramos el sistema como ideal y no ingresa ninguna fuente de calor. 5-. ¿Los valores de la constante de la ley de Boyle se pueden considerar iguales? ¿Por qué? R: No, ya que al hacer los cálculos se están tomando diferentes resultados en las presiones absolutas y los volúmenes del aire que se calcularon en las diferentes condiciones por lo que no es posible que nos den iguales al menos que tomáramos un cálculo en general. 6-. ¿Por qué se considera que los valores del volumen ajustados tienen menos error? R: porque se tomó un resultado promedio en la constante de Boyle por 10 que el error tiene que ser menor por lo que es un resultado más exacto. 7-. Analiza la gráfica P abs vs V ajustado R: la gráfica nos dio una línea la cual iba formando una curva conforme al valor de la Pabs iba aumentando.

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8-. ¿Se cumplió el objetivo de la práctica? ¿Por qué? R: si se cumplió el objetivo de la practica a pesar de que las líneas en la gráfica no fueron ideales ya que se está considerando una variación en la experimental contra lo calculado. Conclusión:

En esta práctica se pudo demostrar lo que realmente queríamos que es la proporcionalidad de nuestra presión absoluta contra el volumen ajustado ya que tomamos datos más absolutos al hacer todo el cálculo de lo ajustado para que nos arrojara lo más posible a una línea recta en cuestión de la gráfica, y si consideramos que la temperatura la tomamos como constante no tendríamos que tener tantas discrepancias con cuestión en lo tomado teóricamente.