Estudio De La Relación Entre Las Capacidades Caloríficas (Cp/Cv) Del Nitrógeno Gaseoso

07 de enero de 2014

Universidad Central de Venezuela

Facultad de Ciencias,

Escuela de química,

Laboratorio de Fisicoquímica Fusionado

Estudio de la relación entre las capacidades caloríficas (Cp/Cv) del nitrógeno gaseoso.

Caro R., Janetsi Y. ‐ C.I.‐V‐22666976

Resumen

El experimento de Clemens y Desortes consiste en la expansión adiabática y reversible de un gas, cuya expansión se realiza quitando y colocando de nuevo el tapón de un recipiente que contiene el gas de estudio a una presión mayor a la atmosférica, en este caso, el gas nitrógeno, con este experimento y de acuerdo a las presiones iniciales y finales, es decir, antes y después de la expansión, se obtienen la relación de las capacidades caloríficas de dicho gas, definiendo como capacidad calorífica la cantidad de energía que puede absorber una sustancia hasta aumentar su temperatura en una unidad. Por medio del experimento de Clemens y Desortes se obtiene experimentalmente el valor de la relación de sus capacidades caloríficas resultando ser este de 1,43; siendo el valor reportado en la bibliografía es de 1,4.

Abstract

The experiment consists Desortes Clemens and reversible adiabatic expansion of a gas, the expansion is done by removing and repositioning the cap of a container containing the gas to study further the atmospheric pressure, in this case, the nitrogen gas, with this experiment and according to the initial and final pressures, ie, before and after expansion, the ratio of the heat capacities of the gas are obtained, defined as heat capacity the amount of energy that can absorb a substance to raise its temperature by one. Through the experiment Desortes Clemens and experimentally obtained value of the ratio of their heat capacities of 1.43 out to be this; being the value reported in the literature is 1.4.

Introducción

La capacidad calorífica de un gas es la energía necesaria para aumentar la temperatura de una determinada sustancia en una unidad. Indica la mayor o menor dificultad que presenta dicho cuerpo para experimentar cambios de temperatura bajo el suministro de calor. Puede interpretarse como una medida de inercia térmica, es una propiedad extensiva, ya que su magnitud depende, no solo de la sustancia, sino también de la cantidad de materia del cuerpo o sistema; por ello, es característica de un cuerpo o sistema particular.

La capacidad calorífica de los sólidos y gases depende, de acuerdo con el teorema de equipartición de la energía, del número de grados de libertad que tiene una molécula. Se denomina gas al estado de agregación de la materia en el cual, bajo ciertas condiciones de temperatura y presión, sus moléculas interaccionan solo débilmente entre sí, sin formar enlaces moleculares, adoptando la forma y el volumen del recipiente que las contiene y tendiendo a separarse, esto es, expandirse, todo lo posible por su alta energía cinética. Los gases son fluidos altamente compresibles, que experimentan grandes cambios de densidad con la presión y la temperatura. Las moléculas que constituyen un gas casi no son atraídas unas por otras, por lo que se mueven en el vacío a gran velocidad y muy separadas unas de otras

Para un gas perfecto se encuentra que Cp = Cv + R ,

Y como para una expansión adiabática reversible de dicho gas

,

se llega a:

(ec. 1)

Siendo P1 la presión inicial, P2 la presión la atmosférica y P3 la presión después de la expansión.

El teorema de equiparticion nos dice que se tiene un kT/2 asociado con cada termino cuadrático en la expresión de la energía. Así para una molécula, con cada grado de libertad traslacional o rotacional hay asociada una contribución a la energía por un valor kT/2 en energía cinética y kT/2 de energía cinética

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