Reporte ley de presión-volumen de los gases

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Introducción  

Robert Boyle descubrió la relación que existe entre la presión y el volumen cuando la temperatura es constante, determinándose como una ley de los gases; es decir que, a una cantidad de gas y temperatura constantes, la presión y el volumen son inversamente proporcionales. Bajo esta ley, cuando elevamos la presión de un gas entonces su volumen disminuirá, y viceversa, si la presión disminuye el volumen aumentará.  

Dicho lo anterior, en base a ello la practica gira entorno a la ley de Boyle, donde montaremos un dispositivo el cual nos ayude a recabar datos como la fuerza, el volumen y así poder obtener la presión en cada instante que estemos midiendo y graficarlo en un diagrama P.V. y de isotermas.  

Marco teórico

Las leyes empíricas están relacionadas con las matemáticas, que describen relaciones entre variables de estado: presión, volumen, temperatura en gases; Se llaman empíricos porque son el resultado de muchas observaciones y experimentos en diferentes sistemas de gases. Entre 1660 y 1662, Robert Boyle descubrió experimentalmente que un cambio de presión en un gas provoca un cambio de volumen en condiciones de temperatura constante. Determinando que 𝑃𝑖𝑉𝑖 = 𝐾; así mismo es usada para comparar dos situaciones, “una inicial y otra final” matemáticamente como: 𝑃𝑖𝑉𝑖 = 𝑃𝑓𝑉𝑓. Este es un proceso isotérmico, el cual se llama así a aquella mutación reversible que ocurre en un sistema termodinámico, en el cual la temperatura se mantiene constante. Una vez recabado ciertos datos se puede graficar una isoterma la cual es aquella línea que trazamos sobre un diagrama para representar los valores consecutivos de las variables que posee el sistema durante el proceso isotérmico.

Objetivo  

• Comprender la ley de Boyle (𝑃.𝑉 = 𝐾) en base a los datos experimentales obtenidos.  
• Inferir mediante los datos obtenidos como se comportan estos bajos una gráfica isoterma.  

Materiales

1. 1 Gato de mesa.  
2. 1 Base trípode.
3. 2 Varillas de 60 mm. Long. × 12 mm.ø
4. 4 Nuez doble.
5. 2 Pinzas de bureta.
6. 1 Dinamómetro 5 Nw.  
7. 1 Jeringa de 10 ml.  
8. 1 Pinza de Hoffman.
9. 1 Tubo de goma de 3 mm.  
10. 1 Termómetro.
11. 1 Calibrador.  
12. La mitad de una botella agujerada con el diámetro de la jeringa a utilizar justo por la mitad.  
13. Hielo.
14. 50 ml. Agua caliente.
15. 50 ml. Agua temperatura ambiente.
16. Hilo
17. Cinta adhesiva.  

Procedimiento  

1. Se comienza por colocar el gato en la orilla de la mesa, enseguida se le ensambla una varilla verticalmente a la cual se le agregan dos nueces momentáneamente.  
2. Usamos la base trípode y se le ensambla una pinza de bureta, misma que se le agrega una nuez.  
3. Tomamos la segunda varilla y la posicionamos horizontalmente para unir la primer varilla con la pinza de bureta a través de las nueces colocadas.  
4. Una vez montada la base, se prepara la jeringa, misma que se toma con el calibrador el diámetro interno; posterior la ingresamos en ambos orificios de la botella partida a la mitad.  
5. Se toman los tres tubitos de goma y se ensamblan en la punta o pivote de la jeringa una sobre la otra y la otra; posterior a ello se ingresa el émbolo a la aguja con un poco de glicerina para que resbale con mayor facilidad y tomamos un volumen de aire de 2.5 ml. Inmediatamente después se usa la pinza de Hoffman para obturar la fuga de aire a través de los tubos de goma. Una vez realizado todo esto, acoplamos el cuerpo sobrante exterior de la jeringa en la pinza de bureta, manteniéndola sostenida.  
6. En la varilla horizontal ponemos una nuez justo a la mitad de esta, y le ensamblamos a la nuez una pinza de bureta, la cual sostendrá y alineará el dinamómetro.  
7. Se utilizan 40 cm de hilo con el cual hacemos un amarre en el gancho superior del dinamómetro viendo hacia la varilla vertical y enganchándola a ella misma. Se le pone un poco de cinta adhesiva alrededor del amarre hecho en la varilla vertical.  
8. Del otro extremo se hace algo similar; tomamos 70 cm de hilo y a la mitad de este lo enganchamos al gancho inferior del dinamómetro, estiramos y formamos una v y se amarran ambos extremos del hilo a un soporte que se acopla a la base o apoyo del embolo.
9. Una vez armado todo el dispositivo, se procede a tomar las pruebas a temperatura ambiente, fría y caliente.  
10. La primer prueba se hace a temperatura ambiente, por consiguiente, se toma la temperatura y se hacen algunos torques en la varilla vertical hasta notar 1 Newton de fuerza en el dinamómetro y checar la variación sí es que la hay en el volumen de la jeringa y se anotan. Se repiten estos pasos hasta llegar a 5 Newtons.  
11. Para las otras 2 pruebas se hace lo mismo que en anterior paso, sin embargo, entre la prueba fría y caliente, para no fracturar la jeringa, al vaciar el agua en el bote cortado, esperamos unos minutos a que regrese a su temperatura ambiente para hacer la siguiente prueba que será en este caso, la caliente.  

Resultados  

Los datos obtenidos y calculados de la practica fueron los siguientes:

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         Ilustración 1 Datos obtenidos de la jeringa 

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Ilustración 2 Datos y cálculos obtenidos de la prueba a temperatura ambiente con su gráfica. 

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         Ilustración 3 Datos y cálculos obtenidos de la prueba fría con su gráfica. 

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         Ilustración 4 Datos y cálculos obtenidos de la prueba caliente con su gráfica. 

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         Ilustración 5 Gráfica de la comparación isoterma de las tres pruebas. 

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