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"Año del buen servicio al ciudadano"

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERU FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA

ESCUELA ACADEMICA PROFESIONAL DE INGENIERIA QUIMICA INDUSTRIAL

EFECTOS DE PRESIÓN, TEMPERATURA Y VOLUMEN EN UNA BOTELLA CATEDRA

: Termodinámica de los procesos químicos I

CATEDRÁTICO

: FUENTES LOPEZ Walter

ALUMNOS

:  LLACUACHAQUI RODRIGUEZ Britani  ROJAS MOYA Yackelin  SANTOS HUAMAN Mabel

SEMESTRE

:V

FECHA

: 19/04/2017

SECCIÓN

:A HYO – PERU

RESUMEN El informe de laboratorio titulado “EFECTOS DE PRESION, TEMPERATURA Y VOLUMEN EN UNA BOTELLA”, realizado el 5 de abril del 2017, está divido en tres experimentos para ello solo se necesitó de una botella de plástico, una hervidora y un tubo de ensayo. Para el primer experimento se utilizó una botella con agua introduciendo tubo un pequeño tubo de ensayo en el cual se pudo observar que al apretar las paredes laterales de la botella (previamente cerrada) el tubo de ensayo se sumerge; si presionamos suavemente, podemos conseguir que el tubo de ensayo permanezca quieta a una determinada profundidad; esto debido a que la presión ejercida sobre las paredes de la botella se transmite íntegramente y por igual a todo el fluido contenido en la misma; este aumento de presión hace que se comprima el aire atrapado entre los pliegues y al reducirse el volumen de aire, disminuye el empuje y el tubo de ensayo se hunde. En el segundo experimento se utiliza una botella vacía bien tapada donde se observan fenómenos como la densidad del aire que se da, además de que existe la presión de los gases al intentar aplastar la botella cerrada. En el tercer experimento se utiliza una botella vacía introducida en agua hervida donde se presenta que la presión es igual externa como interna. Las variables identificadas son presión, volumen, densidad y temperatura en los experimentos.

2

I.

INTRODUCCIÓN

En el presente informe titulado ‘EFECTOS DE PRESION, TEMPERATURA Y VOLUMEN EN UNA BOTELLA””, se dará a explicar los cambios que se producen en los diferentes experimentos con la botella. Puesto que la mayoría de los experimentos se usa la presión el cual es el peso que ejerce el aire de la atmósfera como consecuencia de la gravedad sobre la superficie terrestre o sobre una de sus capas de aire. Por lo cual realizando los diferentes experimentos con el uso de la botella podremos observar y explicar los fenómenos y cambios que se producen dentro de este.

II.

OBJETIVOS

II.1. OBJETIVO GENERAL  Explicar el efecto de la presión y volumen en un sistema termodinámico  Explicar el efecto de presión, volumen y temperatura en un sistema termodinámico II.2.   

OBJETIVO ESPECIFICO

Explicar el efecto de la presión en el volumen del aire en un sistema termodinámico Explicar la presión sobre la densidad en un sistema termodinámico Efecto de la temperatura en la presión en un sistema termodinámico

III. III.1.

MARCO TEORICO DEFINICION La Presión atmosférica es el peso que ejerce el aire de la atmósfera como consecuencia de la gravedad sobre la superficie terrestre o sobre una de sus capas de aire. La atmósfera es la capa gaseosa que envuelve todo el planeta y está formado por mezcla de gases que en conjuntos llamamos aire, como 3

todos los cuerpos, tiene peso, el cual ejerce una fuerza sobre la superficie terrestre es lo que llamamos presión atmosférica. La presión atmosférica varia, no siempre es igual en los diferentes lugares de nuestro planeta y nuestro país, ni en la diferente época del año. Como podemos ver la presión ejercida. Por lo atmosférica se debe al peso (P: m.z) de la misma su valor es de 1001.000 páscales que corresponde a la presión normal. Existen otras unidades para medir la presión y la equivalencia entre estos son: 101.000 Pa = 1 atm = 760 mm Hg = 101 Mb. III.2.

FACTORES DE VARIACIÓN La presión atmosférica varía por la acción de factores como la altura, temperatura y la humedad. ALTURA: a mayor altura la presión disminuye y a menor altura, aumenta. Al ascender de aire soporta menor peso, el aire se expande y ejerce menor presión. TEMPERATURA: el aire caliente pesa menos que el aire frío y tiende al elevarse, si observamos una olla con agua puesta al fuego, vemos como el vapor de agua sube (sube porque está caliente). Con altas temperaturas, el aire se calienta, se hace liviano, y asciende y origina baja presión. Con bajas temperaturas, el aire se enfría, se hace pesado, desciende y origina alta presión. Aquí se aplica la regla: a mayor altura, menor temperatura; a menor altura, mayor temperatura; es decir, si estamos en una montaña alta, hace frío, pues la temperatura es baja. Si estamos en el llano que es bajo, la temperatura es alta, es decir, hace mucho calor. La presión puede variar en un mismo lugar geográfico, de acuerdo con los cambios de temperatura que ocurra durante el día. En las zonas ecuatoriales, las temperaturas son altas y la presión atmosférica baja. En zonas polares existen bajas temperaturas por consiguiente la presión atmosférica es alta durante todo el año. En las zonas templadas la temperatura varía durante todo el año, por eso la presión también es variable: alta en invierno y baja en verano. 4

HUMEDAD: En lugares donde hay mayor humedad, hay menor presión y viceversa, si hay menor humedad, mayor presión; esta situación esta estrechamente relacionada con la altura. VOLUMEN: Es una magnitud métrica de tipo escalar definida como la extensión en tres dimensiones de una región del espacio. Es una magnitud derivada de la longitud, ya que se halla multiplicando la longitud, el ancho y la altura.

III.3.

PRINCIPIO DE PASCAL Consideremos un líquido confinado en un envase y encerrado en su parte superior por un émbolo sobre el cual actúa una fuerza r F . Tenemos que en este caso la presión externa! P ext en la superficie superior del líquido está dada por

………………………………………………(1)

Figura 1

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Tenemos entonces que en esta situación podemos escribir a partir de la expresión ……………………………………………………….. (2) La presión p para un punto A ubicado a una profundidad h de la superficie del líquido como

III.4.

…………………………………………………(3) PRINCIPIO DE ARQUIMEDES

El principio de Arquímedes afirma que todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje vertical y hacia arriba igual al peso de fluido desalojado. La explicación del principio de Arquímedes consta de dos partes como se indica en las figuras: 1. El estudio de las fuerzas sobre una porción de fluido en equilibrio con el resto del fluido. 2. La sustitución de dicha porción de fluido por un cuerpo sólido de la misma forma y dimensiones.

IV.

PARTE EXPERIMENTAL

IV.1.

MATERIALES  Botella de plástico  Agua hervida 6

 Agua de caño  Tubo de ensayo  Hervidora IV.2. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL  Experimento 1 En una botella de plástico introducir agua de caño con un tubo de ensayo y luego taparla. Al presionarla observaras que esta sube hacia la parte superior, explicar el fenómeno.

 Experimento 2 A una botella vacía y tapada presionarla; Explicar el cambio. Luego destapada la botella explicar el cambio, estirarla y devolver a su estado original.

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 Experimento 3 Colocar la botella vacía bien tapada en una hervidora donde contenga agua caliente, para luego cerrarla por unos segundos al sacar la botella esta se pondrá dura, explicar que fenómeno se produce. Luego la botella se introducirá de nuevo al agua hervida y se destapara la botella de inmediatamente saldrá unos gases; a que se debe esto. Enseguida este lo retiras para enfriarla con agua fría comprimirá.

y este se

V. RESULTADOS DE LOS DATOS En el primer experimento se observa que se introduce un tubo de ensayo en el interior de una botella bastante llena de agua. La primera cosa flota el tubo de ensayo, cuando es más denso que el agua. Si apretamos las paredes laterales de la botella (previamente cerrada) el tubo de ensayo se sumerge; si presionamos suavemente, podemos conseguir que el tubo de ensayo permanezca quieta a una determinada profundidad; si dejamos de presionar, el tubo de ensayo asciende nuevamente hasta la superficie. El tubo de ensayo flota es porque existe aire dentro de esta. De acuerdo con el principio de Pascal, la presión ejercida sobre las paredes de la botella se transmite íntegramente y por igual a todo el fluido contenido en la misma; este aumento de presión hace que se comprima el aire atrapado entre los pliegues y al reducirse el volumen de aire, disminuye el empuje y el tubo de ensayo se hunde. Por lo que se presentan presión y volumen.

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En el segundo experimento se observa que cuando la botella vacía tapada lo tratas de aplastar esta sufre un ligero cambio ya que esta suena y se deforma un poco al presionarla y vuelve a su estado normal; eso explicando que dentro de la botella contiene aire en un determinado volumen que en este caso viene hacer la botella; existiendo así densidad dentro de esta; la masa del aire entre el volumen del aire. Además podemos hablar de la presión de los gases ya que al intentar aplastar la botella cerrada, ésta se deforma un poco y al abrir la botella se oye una pequeña salida de aire, entonces se les explica la teoría cinética y la posibilidad que tiene los gases de comprimirse al tener las partículas separadas. Por lo q se presentan presión, volumen y densidad.

En el tercer experimento, en primer lugar tenemos que explicar por qué, a veces, al echar el agua caliente la botella se "encoge" un poco. Esto depende del material de que este hecha. En el caso de las botellas de plástico, el material suele ser PET (polietilentereftalato); se trata de un material termoplástico que se ablanda por acción del calor. En segundo lugar hay que explicar por qué se aplasta la botella por acción de la presión atmosférica. Cuando añadimos el agua hirviendo, se desprende una gran cantidad de vapor de agua que tiende a ocupar casi todo el espacio interior de la botella, desplazando al aire que había en su interior. Cuando la tapamos, casi no queda aire, pero la presión interior sigue siendo igual a la presión exterior. ¿Qué pasa al enfriar? Al enfriar la botella, el vapor de agua tiende a condensarse, formando gotitas. De tal forma que el espacio que ocupaba en el interior de la botella se queda vacío, ya no hay gas que ejerza presión desde el interior (en realidad, siempre queda algo, pero la presión en el interior disminuye). Sin embargo, en el exterior sigue habiendo aire que ejerce presión sobre las paredes. La diferencia de presiones entre el interior y el exterior es la que provoca que la botella se aplaste.

VI. CONCLUSIONES  Se logró explicar los efectos de presión y volumen  Se logró explicar los efectos de presión, volumen y temperatura  Se concluyó el experimento 1 que la presión ejercida sobre las paredes de la botella se transmite íntegramente y por igual a todo el fluido contenido en 9

la misma; este aumento de presión hace que se comprima el aire atrapado entre los pliegues y al reducirse el volumen de aire, disminuye el empuje y el tubo de ensayo se hunde.  Se concluyó el experimento 2 que existe densidad dentro de esta; la masa del aire entre el volumen del aire. Además de que existe la presión de los gases al intentar aplastar la botella cerrada.  Se concluyó el experimento 3 que la presión interna sigue siendo la misma a la presión externa al calentar la botella vacía y la diferencia de presiones entre el interior y el exterior es la que provoca que la botella se aplaste.

VII. BIBLIOGRAFIA 

SACCONI Luigi, The thermodynamics of the interaction between heterocyclic bases and biacetylbisbenzoylhydrazonenickel (II) as a reference acceptor in benzene solution. Journal of Inorganic and Nuclear Chemistry, Volume 8, 1958, Pages 217-226.



MORAN, M.J. Shapiro, H.N.: Fundamentos de Termodinámica Técnica. Ed. Reverte, 1999. 536.



MULLER Erick. TERMODINÁMICA BÁSICA. 2° a edición.



WARK, K. Richards, D.E.: Termodinámica, 6a Edición Mc Graw-Hill, 2001.

VIII. ANEXOS Botella con agua y tubo de ensayo

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Botella vacía tapada después de remojarla con agua fría y está comenzándose a comprimirse.

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