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• Carlos Daniel Pillco Huillca

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Laboratorio de Ondas y Calor

CURSO: ONDAS Y CALOR CODIGO:

PG1014

LABORATORIO Nº 03 Termodinámica. Gases ideales

Alumnos(s):

Apellidos y Nombres

Nota

Carpio Hancco José Brandon Santos Quispe Alvarez

Profesor:

RIVERA TACO, Julio César

Programa Profesional: Fecha entrega:

PFR de 2 1

Electrotecnia Industrial/Grup oD

Especialidad/Grupo: 0 9

201 5

Mesa de trabajo:

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1. Introducción La termodinámica se basa en el estudio de la transformación de calor en trabajo, siendo su principal objetivo hacer posible que el calor se pueda transformar en trabajo, pero para entender estos fenómenos que la termodinámica estudia, se requerirán unos conocimientos matemáticos básicos. Además cabe destacar que la termodinámica es una ciencia macroscópica y en el presente laboratorio se experimentará con propiedades medibles. El siguiente laboratorio se basa en la ley de Boyle, la cual dice: ``Siempre que la masa y la temperatura de un gas se mantengan constantes, el volumen del gas es inversamente proporcional a su presión absoluta´´.

P1 V1=P2 1

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En este experimento se hace un análisis gráfico de la temperatura, presión y volumen, logrando demostrar la ley de Boyle. 2. Objetivos - Verificar la ley de Boyle de los gases ideales. - Determinar el trabajo realizado sobre el sistema en un proceso termodinámico. - Calcular el número de moles de una cantidad de aire. - Ser capaz de configurar e implementar equipos para toma de datos experimentales y realizar en análisis gráfico utilizando como herramienta el software Data Studio. TM - Utilizar el software Pasco Capston e para la verificación de parámetros estadísticos respecto a la información registrada.

3. Fundamentos teóricos Ley de los gases ideales El estado de un gas queda determinado al relacionar cuatro magnitudes: volumen (V), temperatura (T), presión (P) y cantidad de gas expresada en moles (n). Las leyes que establecen estas relaciones son: Ley de Boyle:

Ley de Charles: V = constante × T (a P y n determinadas) Ley de Avogadro: 2

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V = constante × n (a P y T determinadas) Combinando esas proporcionalidades se obtiene la relación:

Representando la constante por el símbolo R, obtenemos la ley de los gases ideales o perfectos: PV = nRT La constante R, denominada constante de los gases ideales o constante universal de los gases, tiene el mismo valor para todos los gases y puede calcularse a partir del volumen molar y de las denominadas condiciones normales de un gas (0 ºC y 1 atm). El volumen molar de cualquier gas con comportamiento ideal se ha establecido experimentalmente en 22,4 litros. Por tanto:

La ecuación de los gases ideales o perfectos permite en todo momento relacionar volúmenes de gases, sea cual sea la presión y la temperatura de los mismos.

Ecuación de estado de un gas ideal

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4. Materiales y equipos de trabajo -

Computadora personal con programa Pasco

-

Interfase USB link (2). Sensor de presión absoluta. Sensor de temperatura Jeringa

5. Procedimiento, Cuestionario

Resultados

Capston e

TM

instalado.

y

Procedimiento:  Ingresar al programa Pasco Capstone TM, ir a tabla y gráfico, enseguida reconocerá el sensor de movimiento previamente a interface 850.

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 Luego configuramos es la temperatura para que registre el muestreo de 10 Hz en K.

 Colocar en sensor de temperatura, en selección numérica y cambio a 2 cifras y como decimal, el sensor en rango de -35 oC y 135 oC.  Seleccionar temperatura vs tiempo y determinar la temperatura del laboratorio.

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-

-

 Insertamos el sensor de medición absoluta, en el 10 Hz en el muestreo y colocar conservar valores de datos solo si se solicita tomar un volumen y unidades en ml.  A comenzar la grabación poner el volumen entre 60 ml y 25 ml , el sistema grabara solo un momento cuando se acepte el valor para finalizar la grabación presionar conversar con una secuencia de 5ml empezando de 60 ml  Asegurarse de que no haya fugas , de ello depende la experiencia

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 Obtener al grafica de presión en fusión del volumen (Grafica 1 ) posterior de la variable inversa del volumen en la calculadora, levantamos el grafico de Kpa vs V (1/ml) , insertamos las gráficas restantes . Gráfica P vs. V Gráfico 6.1

Según la gráfica el W = 3939.79 KPa. ml = 0.00393979 J

Gráfico P vs. 1/V

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Gráfico 6.2

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Gráfico V vs. 1/P

Gráfico 6.3

Gráfico V vs. T/P

Gráfico 6.4

5.1 Determinación del trabajo en un proceso isotérmico 9

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Use el gráfico 1 para determinar el área debajo de la curva la cual representa el trabajo realizado sobre el aire contenido dentro de la jeringa. Según la gráfica el W = 3939.79 KPa. ml = 0.00393979 J 5.2 Determinación del número de moles de aire dentro de la jeringa Determine el número de moles utilizando el valor de la pendiente y la ecuación (1) de una gráfica de volumen en función (temperatura/presión)

5.3 Cuestionario 5.3.1 Compare el trabajo en forma porcentual el hallado en 4.2 y la ecuación W=nRT ln(Vf/Vo).

5.3.2 El valor obtenido del número de moles en 4.3 es aceptable, Explique. Hallar un valor teórico del número de moles, conociendo su temperatura, densidad del aire, altitud, presión atmosférica y volumen inicial. El número de moles es correcto ya que 1mol=22.4L y como se trabajó con 60ml a menos, es lógico que el número de moles sea pequeño. 5.3.3 Si grafica Volumen vs. inversa de la presión, ¿Qué tipo de ajuste le toca hacer ahora? ¿Qué significado físico posee la pendiente? Se debería aplicar un ajuste lineal, ya que el volumen y la inversa de la presión ahora son directamente proporcionales. 10

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5.3.4 ¿Se cumple la ley de Boyle?, ¿Por qué? Fundamente su respuesta. Sí, se cumple la ley de Boyle, ya que en la experiencia se pudo comprobar gracias a los sensores que la temperatura se mantiene constante y las gráficas que resultaron de la experiencia son parecidas a las que existen en los libros. 5.3.5 En la realización de esta práctica ¿Cuál fue el comportamiento de la temperatura del aire dentro de la jeringa? Explique mediante una gráfico La temperatura del aire dentro de la jeringa fue constante 5.3.6 Si en la pregunta anterior la temperatura se podría decir que fue constante, si es así. ¿Cuál es el cambio de su energía interna del sistema? Muestre su valor. La temperatura fue constante. Primeramente el cambio de energía interna del sistema está en relación directa con la temperatura, por lo tanto, la variación de energía interna es cero ya que tampoco hay variación en la temperatura.

5.3.7 Grafique y describa otros procesos termodinámicos (utilice gráficos y esquemas) y ¿Cómo estos se podrían implementar en el laboratorio?

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5.4 Problemas 5.4.1 La parte interior de un neumático de automóvil está bajo una presión manométrica de 30 lb/in^2 a 4ºC. Después de varias horas, la temperatura del aire interior sube a 50ºC. Suponiendo un volumen constante, ¿Cuál es la nueva presión manométrica?

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5.4.2 Un depósito de 5000cm^3 está lleno de dióxido de carbono (M = 44g/mol) a 300K y 1atm de presión. ¿Cuántos gramos de CO, se pueden agregar al deposito si la presión absoluta de máxima es de 60atm y no hay cambio alguno de temperatura?

6. Observaciones - Antes de entrar en el estudio termodinámico de procesos sencillos es necesario establecer una serie de conceptos y la nomenclatura para el mejor entendimiento de la asignatura. - Al momento de hacer las mediciones, tener en cuenta de que la jeringa no esté cerrada, mas bien sino abierta al aire por el extremo inferior, esto para hacer unas buenas lecturas. 7. Conclusiones - Si dos magnitudes son inversamente proporcionales(en una gráfica esto se representa mediante una sola rama de una hipérbole), al invertir una de ellas resulta que ahora son directamente proporcionales - Para el análisis de procesos termodinámicos, nos podemos valer de constantes como R, n o T,P y V según sea el proceso termodinámico

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que analicemos, para luego hacer una gráfica conocida como lo es el de una recta. - También se concluye que la termodinámica es una rama fundamental de las ciencias aplicadas, que se centra en el estudio macroscópico de la naturaleza en equilibrio. 8. Bibliografía - Custodio, A (2010). Termodinámica. En E, Bazán (Ed.), Física (pp. 325-335). Lima: Impecus - PASCO SCIENTIFIC. MANUAL DE INTRODUCCION A CAPSTON Nº 012-12335. Roseville, CA EEUU. 2013.

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