Ley de Boyle :Presión vs Volumen (Fiz109 DS)

Presión vs Volumen

Objetivo

Determinar experimentalmente la relación existente entre la presión y el volumen de aire a temperatura constante.

Materiales

- Sensor de Presión

- Jeringa

- Computador PC con interfaz Pasco

- Programa DATA STUDIO

Teoría

Para describir el comportamiento de un gas necesitamos cuatro cantidades medibles; la presión, el volumen, el número de moléculas o su equivalente en moles y la temperatura. Juntas esas cantidades determinan el estado de una muestra de gas. Roberto Boyle (1627-1691) estudió los cambios en el volumen de un gas así como la presión variaba. Realizando el experimento bajo condiciones controladas, él mantuvo la masa y la temperatura del gas constantes. Luego bajo tales circunstancias la relación entre la presión $LaTeX: P$ y el volumen $LaTeX: V$, conocida como la Ley de Boyle se expresó de la siguiente manera:

$LaTeX: P \cdot V=n R T$

Con $LaTeX: R = 0.082(lt \cdot atm/mol°K) = 8.32 joules/(mol ºK)$

En otras palabras la presión de un número constante de moléculas dada de un gas ideal es inversamente proporcional al volumen si la temperatura permanece constante.

Montaje Experimental

• Arme el sistema de la figura 1, conectando el sensor de presión a la jeringa

• Conecte el sensor de presión al canal análogo A .

Figura 1: Montaje Experimental

Procedimiento

1) Ponga en ejecución el programa Data Studio. Aparecerá en la pantalla la ventana para comenzar el experimento .

2) Arrastre el icono que representa el sensor análogo al canal A .Escoja en la lista de sensores , Pressure Sensor Absolute (Sensor de Presion Absoluta), que corresponde al sensor de presión.

3) Presione Options (opciones) y active la opción relacionada al teclado Keyboard, para ingresar datos por el teclado. Ingrese volumen en el casillero de Name y cc en Units. Presione OK.

4) Presione el botón Calculate (calculadora) para ingresar la fórmula para calcular el inverso del volumen. Para ello define la variable $LaTeX: y=1/x$, donde la variable $LaTeX: x$ la tiene que definir como volume(volumen). Presione aceptar

5) Ubique el pistón en la posición $LaTeX: 18 cc$ de la graduación de la jeringa. Antes de iniciar la recolección de datos, desplace el pistón lentamente hasta la posición $LaTeX: 16 cc$.

6) Para iniciar la recolección de datos presione START (Inicio) y luego Keep (Mantener) en ese instante se abrirá una ventana e ingrese el primer dato de volumen, $LaTeX: 16 ml$., y así comience a ingresar de a $LaTeX: 1 ml$ sucesivamente hasta llegar a tener unos 10 pares de datos medidos.. Al finalizar presione el botón rojo .

NOTA: Debe desplazar cuasiestáticamente (muy lentamente) el pistón de la jeringa y espere unos 5 segundos antes de desplazar a la otra unidad de volumen, ya que podría afectar las condiciones de estabilidad del sistema .

PRECAUCIÓN: A Lo más probable que al bajar de los $LaTeX: 10 cc$ le cueste desplazar el pistón por el aumento de presión. Asegúrese de desplazar el pistón de la jeringa como máximo hasta $LaTeX: 5 cc$, so pena de destruir el sensor de presión.

Análisis

1) Obtenga el gráfico $LaTeX: Presion$ versus $LaTeX: volumen$. ¿Qué representa físicamente la curva de éste?. Explique

2) Obtenga el área bajo la curva del gráfico $LaTeX: Presion$ versus $LaTeX: Volumen$. Interprete físicamente el resultado. Explique.(Para obtener el área bajo la curva presione , y seleccione Area)

3) Obtenga el gráfico $LaTeX: Presion$ versus $LaTeX: 1/V$ (involumen). Obtenga el valor de la pendiente de la curva graficada. Interprete físicamente este resultado.

4) Obtenga el número de moles del aire encerrado en el cilindro, a partir del área del gráfico $LaTeX: Presion$ versus $LaTeX: Volumen$, calculada en el punto (2).(Recuerde que el trabajo realizado por el pistón está dado por : $LaTeX: \int_{V_i}^{V_f} P \cdot dV$

5) Calcule el número de moles a partir de la pendiente del gráfico $LaTeX: Presion$ versus $LaTeX: 1/V$.

6) Compare ambos resultados.

7) Obtener la masa del gas encerrado, en gramos, a partir de los resultados anteriores obtenidos.

8) El proceso realizado ¿es un trabajo positivo o negativo?. Justifique.