Comprobar experimentalmente la Ley de Charles

Objetivos

Comprobar experimentalmente la Ley de Charles.

Obtener el modelo matemático que relaciona las variables temperatura y volumen, así como el gráfico volumen - temperatura (V-T).

Inferir experimentalmente la temperatura correspondiente al cero absoluto

Bases Teóricas

Jack Charles:En 1787 el científico francés Jack Charles estudió la relación existente entre el volumen y la temperatura de una muestra de un gas cuando la presión no cambia. Durante sus investigaciones pudo observar que, cuando en la muestra se aumentaba su temperatura también aumentaba su volumen, y cuando su temperatura disminuye, al volumen le sucede lo mismo.

Proceso isobárico: Considere cierta masa de un gas contenida en dispositivo cilindro émbolo que soporta una presión igual a la atmosférica más la presión que ejerce el émbolo, tal como se muestra en la figura. Al calentar el gas y dejar que se expanda libremente, la presión sobre él no sealtera, pues siempre es ejercida por la atmósfera y por el émbolo. Un proceso como éste en el que volumen del gas varía con la temperatura mientras se mantiene constante la presión se denomina proceso isobárico.

Diagrama V-T:En sus experimentos, Gay-Lussac, tomó determinada masa de gas y realizó mediciones del volumen y de la temperatura de ésta mientras era calentada y se expandía a presión constante. Con estas mediciones construyo un gráfico de volumen V en función de la temperatura T, expresada en °C. Obteniendo una gráfica rectilínea, concluyendo, que el volumen de determinada masa gaseoso, cuando la presión es constante, varía linealmente con su temperatura en °C.

El volumen V de determinada masa de gas, mantenida a presión constante, es directamente proporcional a su temperatura absoluta T, o sea:

Donde:

Vαt->V=KT->V/T=K

K = constante de proporcionalidad

Material

1 Ampolleta sin graduar

1 Cronómetro

1 Mechero de Bunsen

1 Pinzas de punta de vinilo

2 Pinzas para bureta

1 Soporte universal

1 Termómetro de gas a presión constante

2 Termómetros de bulbo con mercurio de -20 a 110 ºC

Desarrollo

Armar el dispositivo como lo indique el profesor:

1. Llenar con agua la ampolleta sin graduar.

2. Sujetar en el soporte universal la ampolleta.

3. Sujetar e introducir en la ampolleta el termómetro de gas y los termómetros de bulbo (Hg).

4. Llenar de agua la ampolleta sin graduar, registrar la temperatura inicial, calentarla con el Mechero Bunsen hasta 80ºC.

5. Cuando llegue a los 80ºC retirar la fuente de energía y registrar los datos de temperatura promedio, volumen y longitud en el termómetro a presión constante hasta que el agua llegue a la temperatura inicial.

6. Obtener el modelo matemático de V-T

7. Obtener gráfica del modelo

8.Inferir el valor del cero absoluto a partir del modelo matemático.

Tabla 1. Registro de valores experimentales

Evento T1 (ºC) T2(ºC) Tprom(ºC) V(cm³) L(m)

1 82 82 82 1,1628E-07 0,204

2 78 78 78 1,1571E-07 0,203

3 73 73 73 1,1457E-07 0,201

4 67 67 67 1,1286E-07 0,198

5 61 61 61 1,1058E-07 0,194

6 57 57 57 1,0887E-07 0,191

7 52 53 52,5 1,0716E-07 0,188

8 47 47 47 1,0602E-07 0,186

9 42 42 42 1,0431E-07 0,183

10 37 37 37 1,026E-07 0,18

11 33 33 33 1,0146E-07 0,178

12 30 30 30 1,0032E-07 0,176

13 29 29 29 9,975E-08 0,175

14 27 27 27 9,918E-08 0,174

15 26 26 26 9,861E-08 0,173

Mínimos cuadrados

i X Y XY X^2

1 82 1,1628E-07 9,53496E-06 6724

...