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• Alfredo Abad

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LEY DE BOYLE A. OBJETIVOS: 

Determinar las funciones termodinámicas en un proceso isotérmico para un gas ideal(aire).

B. TEORIA: El fundamento del presente trabajo se centra en teorías y conceptos necesarios para una mejor comprensión, los cuales detallaremos a continuación: TERMODINAMICA: La termodinámica es la parte de la física que estudia los mecanismos de transformación o transferencia de energía de un cuerpo a otro dentro de un sistema. Se llama sistema termodinámico a toda porción o cantidad de materia definida o limitada por barreras, ya sean estas reales o imaginarias. Las barreras de un sistema pueden clasificarse de la siguiente manera: - Aislante, que no permite el paso de la materia de energía. - Fijas o rígidas, que impiden los cambios de volumen. - Adiabáticas, que no permiten la transferencia de energía en forma de calor ni de materia. - Impermeables, a través de las cuales no se produce intercambio de materia. - Permeables que facultan el intercambio de materia y energía en forma de calor. - Diatérmicas, que facilitan el intercambio de energía en forma de calor. - Móviles, que permiten los cambios de volumen Un sistema termodinámico puede estar confinado por barreras dotadas simultáneamente de varias de las anteriores características, pudiendo ser, por ejemplo, diatérmicas y rígidas al mismo tiempo. SISTEMAS TERMODINÁMICOS: 1. SISTEMAS ABIERTIOS: En los que es posible intercambio de energía y materia con el medio exterior. El hecho de que pueda existir un intercambio de materia indica que al menos una de las paredes del sistema es imaginaria. A su vez los sistemas abiertos pueden ser estacionarios o no estacionarios. En los primeros, la cantidad de materia que entra en el sistema es igual a la que sale es decir el flujo de masa es constante en los sistemas no estacionarios, la materia que entra no es igual a la que sale.

2. SISTEMAS CERRADOS: Sistemas termodinámicos en los que no pueden existir intercambio de materia, pero sí de energía del exterior 3. SISTEMAS AISLADOS: Sistemas termodinámicos en los que no es posible ni el intercambio con el exterior de materia ni de energía. 4. SISTEMAS TÉRMICAMENTE AISLADOS O ADIABATICOS: Sistemas termodinámicos en los que no se produce intercambio de materia ni de energía en forma de calor con el exterior, pero si e s posible la transferencia de energía en forma de trabajo. VARIABLES TERMODINÁMICAS: Se llama variables termodinámicas a las propiedades macroscópicas de los sistemas termodinámicos. Por su parte, se denominan estado a cada una de las diferentes formas en que se puede presentar un sistema termodinámico. Las variables0 de estado son aquellas que definen un sistema en equilibrio. Estas variables son la presión, el volumen, y la temperatura. Si varía una de ellas, se producirá una alteración en el valor de otras variables relacionada entre si por medio de la ecuación de estado: PV = n.R. T Las variables termodinámicas se pueden dividir en extensivas e intensivas. Se llama variables extensivas a aquellas cuyo valor se obtiene sumando sus valores en todos los subsistemas en que se puede dividir el sistema principal. Las variables intensivas son aquellas en que su valor neto no se obtiene como la suma de los valores parciales en todos los subsistemas. ESTADO DE EQUILIBRIO: Se considera que un sistema se encuentra en equilibrio cuando sus variables termodinámicas no varían y son iguales en todos los puntos del sistema. Para determinar el estado de equilibrio basta con tener en cuenta las variables (P, V, T) las cuales son capaces por si solas de definir en estado de un sistema. Las diferentes formas en virtud de las cuales los sistemas intercambian energiza materia con otro sistema se llaman procesos.

Son procesos reversibles aquellos en que la transformación de un punto a otro experimenta un cambio casi estático y sus puntos de equilibrio están infinitamente próximos. Las transformaciones que se realizan a presión constante se denominan isóbaros. Isocóricos son aquellas transformaciones que se realizan a volumen constante. Las transformaciones experimentadas a temperatura constante se denominan isotermas. Las transformaciones que se realizan sin intercambio de calor con el exterior se denominan adiabáticas. LEYES FUNDAMENTALES DE LA TERMODINAMICA: 1. PRIMER PRINCIPIO DE LA TERMODINAMICA: La ley física conocida como primer principio de la termodinámica regula los intercambios de energía en los sistemas termodinámicos este principio postula que en todo proceso termodinámico el balance energético global es siempre constante. El primer principio de la termodinámica para una transformación elemental se puede expresar mediante la siguiente ecuación dQ = dU – dW Es decir, la cantidad infinitesimal de calor que se comunica a un sistema se emplea una parte en aumentar su energía interna e introducir un trabajo exterior. PROCESOS ISOCOROS: En el tipo de transformaciones denominadas isocoras, el volumen es constante por lo que dV = 0 y por lo tanto el trabajo será nulo. De ellos se deduce que en una transformación isocórica el calor absorbido por el sistema se utiliza en incrementar o disminuir su energía interna. PROCESOS ADIABATICOS: Los procesos adiabáticos son aquellos en los que no se produce intercambio s de energía en forma de calor. Estas transformaciones son reversibles por naturaleza PROCESOS ISOBAROS: Son procesos isóbaros aquellos que se realizan a presión constante. El trabajo producido en este tipo de procesos se puede educir muy fácilmente si se tiene en cuenta su función en los ejes cartesianos presión – volumen.

PROCESOS CICLICOS: Aplicando el primero principio de la termodinámico a una transformación cíclica, como en ella es, Q = W la energía interna será nula. Por tanto, no es posible si un sistema cerrado experimenta un proceso cíclico proporciona mayor cantidad de energía en forma de trabajo de la que recibe en forma de calor. 2. SEGUNDO PRINCIPIO DE LAS TERMODINAMICA: Dos cuerpos a diferentes temperaturas se ponen en contacto entre si y se mantienen térmicamente aislados del medio exterior. Ambos cuerpos alcanzan finalmente la misma temperatura y la cantidad de calor cedida por el cuerpo mas caliente es igual a la recibida por el cuerpo mas fría. En esta transformación, de acuerdo al primer principio de la termodinámica, la energía total del sistema permanece constante. PRESION BAROMÉTRICA: Es la presión que ejerce el aire sobre los cuerpos, bebido a la acción del campo gravitatoria. El aire que rodea a la tierra esta compuesto con mayor porcentaje por Nitrógeno (78%) y oxigeno (21%). La densidad del aire varía con la altura, por consiguiente, con la intensidad del campo gravitatorio. Ahora bien, la presión del gas es proporcional a la densidad del gas, entonces la presión atmosférica es máxima en el nivel del mar y es mínimo e igual a cero en el límite de la atmósfera. MANÓMETRO: Es aquel dispositivo que se utiliza para medir la presión de un gas encerrado en un recipiente. La presión manométrica de un gas es igual a la presión hidrostática, es decir a la columna del liquido en el tubo abierto. PRESION RLATIVA MANOMETRICA: Es la diferencia de presión entre la presión de n sistema cerrado y la presión del medio ambiente. La diferencia de presiones dentro del tanque del medio ambiente se mide por diferencia d altura “h” del nivel de un liquido del tubo en “u” (manómetro) instalado al aunque, lleno de un liquido o que puede ser (y lo es con frecuencia) mercurio el razón de su alto peso especifico. P.b= h0

PRESION ABSOLUTA: Es la presión total que soporta del gas encerrado en un recipiente. P.abs = P.bar + P.man C. APARATOS, INSTRUMENTOS Y MATERIALES UTILIZADOS 

Balón seco

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Soporte universal



Probeta

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Matraz de un litro de capacidad

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Pinzas de empalme de goma

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Ampolla de nivel



Tubo neumométrico

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Agua destilada

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Varilla de vidrio



Pipeta de 5ml

D. PROCEDIMIENTO DEL EXPERIMENTO PROCESO ISOTERMICO PROCEDIMIENTO:  Instalar el equipo de trabajo con los materiales ya mencionados.  Determinar el volumen muerto de la bureta.  Monte el equipo dejando la mitad de aire en el tubo neumometrico.  Cierre con una pinza el empalme del tubo de goma.  Verificar que no exista escape de gas, para lo cual cambie (subiendo o bajando la ampolla de nivel) a una posición fija y después de variar el nivel del líquido manométrico en el tubo neumometrico, verifique que este nivel permanezca constante. Si varia es porque hay escape de gas en tal caso resuelva esta situación.  Luego regrese la ampolla de nivel a una posición tal que los niveles de agua de la ampolla se encuentren enrasados con un error menor de 0.1ml, para observar mejor trate de acercar cuanto sea posible el tubo neumometrico con la ampolla de nivel.  Haga la lectura del volumen en el tubo neumometrico.

 Luego levante la ampolla de nivel aproximadamente 0.5m y posteriormente 1.0 m utilice una regla y mida exactamente la diferencia de niveles. Anote estas lecturas y las de los volúmenes del gas A.  Haga lo mismo bajando la ampolla de nivel primero a 0.5m y luego a 1.0 m

 Registre la presión barométrica y la temperatura del agua y la ampolla de nivel, agitando el agua hasta temperatura constante. No mueva la pinza del tubo neumometrico. E. DATOS Y OBSERVACIONES Posiciones de la ampolla de nivel y volumen de nivel del gas A I.

Cuando ambos niveles son iguales

0m

VOL

II. Nivel de ampolla

50

m más alto que el tubo………... VOL

ml

III. Nivel de ampolla

0.1 m más alto que el tubo………... VOL

ml

IV. Nivel de ampolla

-50 m más bajo que el tubo………. VOL

ml

V. Nivel de ampolla

-1 m más bajo que el tubo………… VOL

ml

Temperatura del agua en la ampolla de nivel: Volumen muerto del tubo neumometrico Presión barométrica

:

:

760 de mmHg

F. CALCULOS Y RESULTADOS G. ANALISIS DE RESULTADOS H. CONCLUSIONES 

Se determinó todas las funciones termodinámicas en un proceso isotérmico para un gas ideal.



Se observo principalmente que la temperatura es constante debido a que se trabajo con presiones manométricas.



Se determinó que la temperatura del gas B es directamente proporcional a la presión absoluta. Para ese proceso la muestra gaseosa que se estudio se trato como si tuviera un comportamiento de gas ideal y como un sistema cerrado por lo que su energía y masa son constantes.



Se estableció que la entropía es directamente proporcional a la presión, es decir cuando esta aumenta la presión también aumenta.

I. BIBLIOGRAFIA

 Enciclopedia Autodidáctica Lexus (Química), tomo VII Editores Lexus Colombia1997.  Enciclopedia de la Ciencia y de La Técnica, tomo 8 Editorial Océano Barcelona1995.  Enciclopedia Mentor, tomo 1 y 2 Ediciones Castell España – 1993.  Marron y Pruton, Fundamentos de Fisicoquímica, decimoquinta 1984 Ediciones Limusa México – 1984.

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