Relación Presión vs. Temperatura (Ley de Gay-Lussac)

Universidad Autónoma de Occidente
Facultad de Ciencias Básicas
Departamento de Física
Relación Presión vs. Temperatura
(Ley de Gay-Lussac)
Objetivo

Estudiar el comportamiento de la presión de un volumen constante de gas a medida que cambia su temperatura.

Determinar el cero absoluto de temperatura.
Fundamentación
La termodinámica es el estudio de las transformaciones de energía en las que intervienen: el calor, el trabajo
mecánico y otros aspectos de la energía, así como la relación entre estas transformaciones y las propiedades de la
materia. La termodinámica es una parte fundamental e indispensable de: la física, la química y las ciencias biológicas,
y sus aplicaciones las vemos en: motores de autos, refrigeradores, procesos bioquímicos y la estructura de las
estrellas.1
Introduciremos el estudio de las propiedades térmicas de la materia en uno de sus estados, el gaseoso. A bajas
densidades (y por consiguiente, a bajas presiones), los gases reales satisfacen la ecuación de estado de los gases
ideales.
Las relaciones que encierra esta ecuación de estado fueron corroboradas experimentalmente por Robert Boyle (16271691), Jacques Charles (1746-1823) y Gay-Lussac (1778-1850).
En esta práctica estableceremos la relación entre la presión de un gas y su temperatura si su volumen permanece
constante. Utilizaremos esta relación para determinar el valor del cero absoluto, el límite inferior de temperaturas.
Preinforme
Para la realización de esta práctica es imprescindible que tenga un conocimiento básico sobre algunos aspectos. El
instructor evaluará este conocimiento solicitando un pre-informe (individual o grupal) o a través de una prueba corta
antes de iniciar la sesión de laboratorio.
1. ¿Qué relación existe entre la escala Celsius y la Kelvin?
2. Una cantidad determinada de un gas ideal que se encuentra a una presión P1 y temperatura T1 se lleva,
manteniendo el volumen constante, a un nuevo estado con una presión P2 y temperatura T2. Encuentre la
relación entre las presiones y las temperaturas.
3. Usando un termómetro de gas, un experimentador determinó que la presión en el punto triple del agua (0.01ºC)
era 4.80 x 104 Pa, y en el punto de ebullición normal del agua (100 ºC), 6.50 x 104 Pa. Suponiendo que la presión
varía linealmente con la temperatura, use estos datos para calcular la temperatura Celsius en la que la presión del
gas sería cero (es decir, obtenga la temperatura Celsius del cero absoluto).
4. ¿Podría usar el sistema indicado en la práctica de laboratorio como termómetro de gas de volumen constante? ¿Por
qué?
1
Francis W. Sears, Mark W. Zemansky, Hugh D. Young, Roger A. Freedman. Física Universitaria con Física Moderna,
volumen 2. Undécima edición, Pearson Educación, México, 2005.
Relación Presión vs. Temperatura (Ley de Gay-Lussac)
Profesor: Alexander Osorio Caicedo y Mónica María Rico C.
Universidad Autónoma de Occidente
Facultad de Ciencias Básicas
Departamento de Física
Equipo Requerido

Interfaz ScienceWorkshop

Sensor de presión (absoluta)

Agitador con control de temperatura

Sensor de temperatura (acero inoxidable)

Magneto grande (recubierto de teflón)

2 nueces pequeñas

Erlenmeyer 125 mL con tapón de caucho 
taladrado

Hielo

Sal de cocina

Beaker 1000 mL

Agua (800 mL)

Soporte universal
2 pinzas
Procedimiento
Parte I. Configuración de la interfaz y el sensor
1. Conecte la interfaz ScienceWorkshop al computador y enciéndala.
2. Conecte los sensores de temperatura (acero inoxidable) y presión (absoluta) a sendos canales analógicos de la
interfaz.
3. Ejecute el programa DataStudio.
4. Instale los sensores, seleccionando en ambos una velocidad de muestreo de 10 Hz.
Figura 1a
Figura 1b
5. En esta práctica, el usuario realizará un registro manual de las medidas. Para este tipo de medición, haga clic en el
botón Opciones de muestreo. Seleccione la pestaña Muestreo manual, marque la opción Conservar datos sólo si se solicita y
deshabilite los demás cuadros disponibles.
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Departamento de Física
Figura 2
6. Haga doble clic sobre la opción Medidor digital en la ventana Pantallas y seleccione la variable Temperatura.
7. Cree un gráfico presión vs. temperatura. Recuerde que es conveniente reemplazar los nombres de las gráficas por
unos que hagan referencia a los datos registrados.
8. Organice las ventanas para que pueda observar la medida digital y la gráfica simultáneamente.
Parte II. Configuración del equipo
1. Presione firmemente el tapón en el erlenmeyer.
2. Vierta en el beaker 800 mL de agua.
3. Deposite con suavidad el magneto en el interior del beaker.
4. Realice el montaje de la figura 3a Introduzca el erlenmeyer en el beaker a la mayor profundidad posible. Asegúrese
de que el erlenmeyer quede aproximadamente en el centro del beaker (figura 3b). Agregue abundante hielo y riegue
bastante sal sobre el mismo. El extremo del sensor de temperatura debe estar ubicado más o menos a la mitad de la
altura del erlenmeyer.
Figura 3a
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Profesor: Alexander Osorio Caicedo y Mónica María Rico C.
Figura 3b
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Parte III. Registro de datos.
1. Verifique la temperatura de la mezcla y asegúrese que ésta alcance su menor valor.
2. Ponga a funcionar el agitador con una velocidad que permita el movimiento suave de toda la masa de agua (se sugiere el
nivel 3).
3. Active el calentador a una rata que permita una elevación moderada de la temperatura (se recomienda usar los niveles 4 y 5).
4. Inicie la toma de datos tomando como primer valor el más bajo que se haya alcanzado luego de agregar la sal.
La medida se registra presionando el botón Conservar.
5. Continúe el registro de datos cada 2 °C hasta alcanzar 90 °C (consulte el valor límite con su instructor).
6. Detenga el registro de medidas.
7. Apague el calentador y el sistema de agitación. Deje enfriar el agua antes de desmontar el sistema (Importante:
el erlenmeyer y el beaker no pueden someterse a cambios bruscos de temperatura).
Análisis
Emplee los siguientes puntos como una guía para desarrollar su análisis de resultados, apoyándose en las gráficas y en sus
observaciones durante las mediciones realizadas.
1. ¿Qué relación debería existir entre la presión y la temperatura? ¿Se cumple experimentalmente esta relación? Justifique las
semejanzas o discrepancias encontradas.
2. Realice el ajuste de la gráfica de acuerdo con el modelo previsto y el comportamiento observado de los datos. Reporte
los parámetros de dicho ajuste con sus incertidumbres absoluta y relativa.
1. Reporte, según sus resultados, la temperatura del cero absoluto, su incertidumbre absoluta y relativa (utilice las
expresiones obtenidas en el preinforme)
2. Compare el valor obtenido de la temperatura del cero absoluto con el valor aceptado como estándar.
Bibliografía
Francis W. Sears, Mark W. Zemansky, Hugh D. Young, Roger A. Freedman. Física Universitaria con Física Moderna, volumen 2.
Undécima edición, Pearson Educación, México, 2005.
PASCO Scientific. Activity P17: Pressure vs Temperature (Pressure Sensor, Temperature Sensor).
P17 P vs T.doc
Paul A. Tipler, Gene Mosca. Física para la Ciencia y la Tecnología, volumen 2. Reverté, Barcelona, 2005.
Relación Presión vs. Temperatura (Ley de Gay-Lussac)
Profesor: Alexander Osorio Caicedo y Mónica María Rico C.