GASES IDEALES

ESCUELA DE INGENIERIA AERONAUTICA Y DEL ESPACIO
Laboratorio de Física II
Guión de prácticas
GASES IDEALES
•
Finalidad del experimento.
Análisis experimental de la ley de los gases ideales. Determinar el
número de moles de aire encerrados en un depósito y determinar
la presión ambiente en el laboratorio de prácticas.
•
Material.
Baño térmico y manómetro de mercurio.
1.- Introducción.
La ecuación de estado para n moles de un gas ideal es P V =n R T donde
R=8.324 J / mol K es la constante de los gases ideales. Es una aproximación útil para
describir gases químicamente inertes a presiones y temperaturas moderadas.
El sistema de la figura consiste en un recipiente cilíndrico de gas que
está unido al soporte vertical con la escala graduada. El cilindro tiene
una doble pared de vidrio por donde circula agua que lo mantiene a
una temperatura constante fijada por el baño térmico y medida con
un termómetro.
Existe una cantidad de gas (aire) encerrado dentro del cilindro por
una columna de mercurio que se comunica con otro recipiente lleno
de mercurio que puede desplazarse a lo largo de la columna vertical.
Se ha dispuesto una presa para bloquear la posición del recipiente
móvil y evitar que se caiga.
El resultado es un sistema como el del esquema del diagrama
siguiente donde la diferencia entre la presión atmosférica y la del gas
encerrado en el depósito determina la diferencia de alturas entre el
mercurio en el depósito y en el recipiente móvil. La presión del gas
encerrado en el interior del vidrio será,
P g = P a +ρ g Δ H
donde P a es la presión atmosférica y Δ H la diferencia de
alturas entre la superficie libre del mercurio en el depósito y el
recipiente móvil. En el sistema MKS, la presión se mide en Pascales
(1 Pa = 1N/m2) de modo que el producto ρ g =0.1333 kPa / mm.
El volumen ocupado por el gas cambia a medida que el mercurio se retira o rellena el depósito
que contiene el gas. Puede determinarse empleando la ecuación, la ecuación siguiente,
V g =V R +( π R 2) L
Aquí R=5.7 mm es el radio del depósito de gas y V R =1.01 ml el volumen residual que hay
que añadir por ser el extremos del tubo de vidrio redondo y que está marcado en marrón. La
longitud L del cilindro se mide desde el borde de la marca marrón hasta la superficie libre del
mercurio.
Si conocemos la presión P g del gas encerrado en el depósito, medida a través de la altura
Δ H el volumen V g que ocupa y su temperatura T (medida con el termómetro) podemos
comprobar si la ley de los gases ideales es correcta.
2.- Realización.
Se selecciona en el termostato del baño térmico una temperatura T =50 oC que permanecerá
constante durante todo el experimento. Cuando el termómetro marque dicho valor, se deslaza
verticalmente el recipiente de mercurio hasta que queden igualadas las superficies libres de
ambos depósitos.
1.
En este momento inicial las presiones del gas y la
atmosférica son iguales. Compruebe que subiendo el recipiente
de mercurio hacia arriba se comprime el gas encerrado en el
cilindro, mientras que se expande al bajarlo.
2.
A partir de esta posición inicial se toman pares de
valores ( Δ H , L) correspondientes a la diferencia de altura de
las superficies libres del mercurio y su altura respecto de la
zona marcado en marrón. Ha de obtener al menos 10 valores
subiendo y/o bajando el depósito unos 5 cm cada vez.
3.- Resultados y gráficos.
Como resultado de las medidas de Δ H y L obtendremos los valores de la presión
P g y el volumen del gas V g empleando las expresiones anteriores. Para una temperatura
constante de T =40 oC y se pide en la práctica
V g función y comprobar que el producto P g×V g
•
Representar P g frente a
permanece constante.
•
Representar P g frente a 1/ V g y calcular a partir de la pendiente del ajuste por mínimos
cuadrados la cantidad de moles de aire encerrados en el depósito de gas.
•
Una vez conocidos el número de moles de gas y su temperatura, estimar a partir de los datos
la presión atmosférica en el laboratorio.