Laboratorio termodinamica

RESUMEN

En este laboratorio se buscó estudiar el comportamiento de la presión de un volumen constante de gas a medida que cambia su temperatura y poder determinar el cero absoluto de temperatura; esto con la ayuda de la relación entre presión vs temperatura. Para poder obtener los datos necesarios en esta práctica se hizo un único montaje experimental que consistía en verter 800ml de agua y un poco de sal en un Beaker de 1000 mL que estaría encima de un calentador y, a cierta altura dentro de ese Beaker, estaría introducido un Erlenmeyer de 125ml que quedaría sostenido por un soporte. Una vez colocado todos los elementos en posición, con la ayuda de un sensor de presión, sensor de temperatura y el programa Capstone; se prende el calentador y se toma la temperatura inicial registrando los datos cada 2 °C hasta alcanzar 90 °C.

METODOLOGIA

El montaje realizado en el experimento simula un termómetro de gas de volumen constante, donde el agua al llevarse de temperatura ambiente a los 90 ℃, por equilibrio térmico, calienta el contenedor, llevándolo de una temperatura igual  al agua en la que está sumergido, lo que nos permite saber la temperatura del gas dentro del contenedor de cristal (Erlenmeyer) sin necesidad de abrir el recipiente.

Se tomaron 38 datos para el experimento, comenzando con una temperatura inicial (temperatura ambiente) de 16.6 ℃ y luego elevando la temperatura del agua hasta 90 ℃, su fue tomando cada muestra a medida que la temperatura aumentaba en 2 grados centígrados, hasta llegar a  90℃.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Concluida la práctica se logró el objetivo planteado del estudio, el cual era conocer la temperatura experimental del cero absoluto usando la proyección dada por la gráfica P vs T (Presión vs Temperatura, ver imagen x) hecha por el comportamiento de la presión dentro del Erlenmeyer a medida que aumentaba la temperatura del agua que había en el Beaker.

La relación entre las variables utilizadas está dada por la ecuación de los gases ideales , donde P  es presión, V es volumen, n es el número de moles de gas, R es la constante universal de los gases ideales y T es Temperatura.[pic 1]

Ya que la temperatura está dada en unidades de Kelvin se aplica la respectiva conversión obteniendo que  y por ende obtenemos que  dejándonos finalmente con la ecuación .[pic 2][pic 3][pic 4]

Como se observa en la gráfica mostrada a continuación, la relación entre la presión y la temperatura dentro de la práctica mantiene un comportamiento lineal, con esto, si realizamos la relación física de las variables de la ecuación de la recta de la gráfica dada con la ecuación obtenida podemos determinar que la pendiente (m) corresponde al número de moles multiplicado por la constante universal de los gases y divido por el volumen , la variable (x) correspondería a la temperatura en grados Celsius (T(°C)) y el intercepto (b) es el ajuste de la conversión de Kelvin a Celsius ( dejándonos con la siguiente ecuación .[pic 5][pic 6][pic 7]

Teniendo en cuenta el comportamiento lineal de la presión con respecto a la temperatura y dado que necesitamos hallar el cero absoluto proyectando los datos de la gráfica, asumimos la presión como cero (0) y despejamos de la ecuación la temperatura, quedándonos finalmente con .[pic 8]

Debido a los errores humanos y al hecho de la implementación del aire común como nuestro gas ideal, los valores obtenidos no son exactos y por ende esto puede ser apreciado en el resultado final (ver imagen x):  (medida teórica: ). También contamos con errores como la incertidumbre absoluta, error relativo y el porcentaje de error los cuales nos dicen una cantidad cuantitativa de la cantidad de error que hubo en esta toma de datos. Esta serie de incertidumbres y cantidades de error están expresadas por diferentes variables; para la incertidumbre absoluta ( el valor está dado por la derivada de la ecuación de la recta  la cual nos arroja que resultado es el mismo de la pendiente, la cual tiene un valor de 0.311. Por otro lado para el error relativo el cálculo debe ser obtenido dividiendo la incertidumbre absoluta entre el valor teórico obtenido y multiplicar este resultado por cien . Finalmente para el porcentaje de error se toma el valor teórico y se le resta el experimental para luego dividirlo por el valor teórico y multiplicar este resultado por cien . Los resultados de estos cálculos son los siguientes:[pic 9][pic 10][pic 11][pic 12][pic 13][pic 14]

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