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Facultad de Ciencias Escuela de Física FS 0311 Laboratorio de Física General II Nombre del Estudiante: Camila Morera Cortés Carne: C Experimento: LEY DE BOYLE Datos recopilados: (20 puntos) Tabla 1: Ley de Boyle EXPERIMENTO 1 EXPERIMENTO 2 Volumen V (mL) Presión P (mmHg) Producto PV (mLmmHg) Volumen V (mL) Presión P (mmHg) Producto PV (mLmmHg) 33.2 801.2 26599.84 3 4.29 775.74 26600.1 2 30.19 881.09 266 00. 11 31.68 839.65 26600. 27.99 950.34 26600.02 29.07 915.03 26599. 92 25.08 1060.6 26599.85 26.46 1005.29 26599. 22.67 1173.36 2660 0.07 23.45 1134.33 26600. 20.15 1320.1 26600.12 21.23 1252.94 26599. 17.73 1500.28 26599.96 18.28 1455.14 26599. 15.3 1738.56 26599.97 16.21 1640.96 26599. 12.68 2097.79 26599.98 16.78 1585.22 26599. 10.15 2620.69 26600.00 11.84 2246 .62 26599. 7.6 3500 26600 8.75 30 40.00 26600 7 3800.00 26600 7 3800.00 26600 Resultados: ( 20 puntos) I. Convierta los datos de altura de la tabla 1 al sistema internacional (1 mL = 1x10-6 m^3 , 1 atm = 101,3x10^3 Pa) y construya la gráfica de presión como función del volumen. Para obtener los datos de los experimentos 1 y 2, se empleó el simulador proporcionado por la práctica, en el cual se anotaron datos de diferentes volúmenes con su presión correspondiente, asimismo, para el experimento 2 los valores obtenidos fueron elegidos de forma aleatoria mientras que en el experimento 1 se siguieron las mediciones sugeridas por la guía de la presente práctica. Se realizó una multiplicación entre las recién mencionadas variables para obtener el valor de la “altura”. Considerando que la presión esta dada en milímetros de mercurio y el volumen en mili litros,
Facultad de Ciencias Escuela de Física FS 0311 Laboratorio de Física General II se obtiene una altura en mili litros por milímetros de mercurio la cuál se requiere convertir a pascales por medio de las siguientes igualdades: (1 mL = 1x10-6 m^3 , 1 atm = 101,3x10^3 Pa, 1mmHg = 133. Pa) Por lo que, a continuación, se detallan las operaciones realizadas para obtener las conversiones solicitadas. Experimento 1. i. 26599.84 mLmmHg • 1 x10-^6 m^3 • 133.32 Pa = 3.546354508 m^3 Pa ii. 266 00. 11 mLmmHg • 1 x10-^6 m^3 • 133.32 Pa = 3.5463 26665 m^3 Pa iii. 266 00. 02 mLmmHg • 1 x10-^6 m^3 • 133.32 Pa = 3.5463 14666 m^3 Pa iv. 26599.85 mLmmHg • 1 x10-^6 m^3 • 133.32 Pa = 3.546 292002 m^3 Pa v. 26 600.07 mLmmHg • 1 x10-^6 m^3 • 133.32 Pa = 3.546 321332 m^3 Pa vi. 26 600. 12 mLmmHg • 1 x10-^6 m^3 • 133.32 Pa = 3.546 327998 m^3 Pa vii. 26599. 96 mLmmHg • 1 x10-^6 m^3 • 133.32 Pa = 3.546 306667 m^3 Pa viii. 26599. 97 mLmmHg • 1 x10-^6 m^3 • 133.32 Pa = 3.546 308 m^3 Pa ix. 26599. 98 mLmmHg • 1 x10-^6 m^3 • 133.32 Pa = 3.546 309334 m^3 Pa x. 26600.00 mLmmHg • 1 x10-^6 m^3 • 133.32 Pa = 3.546 312 m^3 Pa xi. 26600.00 mLmmHg • 1 x10-^6 m^3 • 133.32 Pa = 3.546 312 m^3 Pa xii. 26600.00 mLmmHg • 1 x10-^6 m^3 • 133.32 Pa = 3.546 312 m^3 Pa Experimento 2. i. 26 600. 12 mLmmHg • 1 x10-^6 m^3 • 133.32 Pa = 3.546 327998 m^3 Pa ii. 266 00. 11 mLmmHg • 1 x10-^6 m^3 • 133.32 Pa = 3.5463 26665 m^3 Pa iii. 26 599.92 mLmmHg • 1 x10-^6 m^3 • 133.32 Pa = 3.5463 01334 m^3 Pa iv. 26599.8 7 mLmmHg • 1 x10-^6 m^3 • 133.32 Pa = 3.546 294668 m^3 Pa v. 26 600.0 4 mLmmHg • 1 x10-^6 m^3 • 133.32 Pa = 3.546 317333 m^3 Pa vi. 26 599.92 mLmmHg • 1 x10-^6 m^3 • 133.32 Pa = 3.5463 01334 m^3 Pa vii. 26599. 96 mLmmHg • 1 x10-^6 m^3 • 133.32 Pa = 3.546 306667 m^3 Pa
Facultad de Ciencias Escuela de Física FS 0311 Laboratorio de Física General II En caso del experimento 2 donde se tomaron medidas de forma aleatoria, se obtuvo el siguiente gráfico: Gráfico 2. Presión como función del volumen (Experimento 2 ) II. Proceda a obtener la expresión que relaciona a la presión como una función del volumen, ¿Qué nombre recibe esta expresión? Para ambas gráficas se empleó una línea de tendencia de tipo potencial, este tipo de línea es curva y se emplea cuando los datos de una gráfica comparan medidas que van aumentando a un ritmo concreto, considerando que la Ley de Boyle indica que a temperatura constante la presión y el volumen de una masa de gas son inversamente proporcionales entre sí. O sea, que, para disminuir el volumen de un gas a la mitad, se necesita el doble de presión. (Fisicalinda, s.f.), esta relación de proporción presente en el gráfico se observa en la función potencial, ya que se observa que, con el menor valor de volumen, el dato que le corresponde a la presión es el máximo del conjunto.
Facultad de Ciencias Escuela de Física FS 0311 Laboratorio de Física General II III. Leyes de los gases: El video propuesto por la práctica demuestra de manera empírica por medio de la explicación del funcionamiento de una olla a presión La Ley de Boyle, explicando la forma en que cada una de las variables se ve afectada por las otras, en este caso al mantener una temperatura constante se tiene un proporción (k) inversa entre el volumen y la presión, es decir, al aumentar el volumen, las partículas propias del gas tardan más en llegar a las paredes del recipiente en el que se encuentran contenidas, y esto da como resultado una cantidad menor de choques entre las mismas, este hecho implica que va a tener una menor presión, considerando que esta representa la frecuencia de choques del gas contra las paredes. Cuando el volumen disminuye, la distancia a la que las partículas pueden moverse se hace mas pequeña y esto produce que las moléculas choquen mas frecuentemente entre sí, esto significa que al disminuir el volumen aumenta la frecuencia de choques conocida como presión. El principal descubrimiento de Boyle radica en el valor de la proporción entre el volumen y la presión a temperatura constante, ya que el producto entre dichas variables siempre tiene el mismo valor. (EducaPlus, s.f.) Gracias al análisis del caso expuesto, es posible deducir una fórmula que represente esta ley,
en este caso la expresión matemática corrresponde a: P ⋅ V=k , que significa que el producto de la
presión por el volumen es constante. Ahora bien, una vez explicado cómo funcionan los gases según la propuesta de Boyle, se puede analizar el funcionamiento de una olla a presión, la cual se utiliza para cocinar verduras y carnes de una forma más rápida que en una olla regular. Una vez colocados los alimentos dentro de la olla, su contenido permanece constante, es decir, el volumen no va a cambiar durante los cambios de temperatura que se presenten, gracias a su cierre hermético la presión que se ejerce en ella aumenta y esto provoca que la temperatura de ebullición del agua será mayor conforme se aumente la presión, en algunas ollas el punto de ebullición se alcanza entre los 110° y 120° de este modo, al ser la temperatura de ebullición del agua mayor que a presión atmosférica, los alimentos que se cocinen en ella requerirá un tiempo de cocción muy inferior. (Caeiro, 2018)
Facultad de Ciencias Escuela de Física FS 0311 Laboratorio de Física General II Una vez culminada la práctica fue posible verificar de forma experimental que el producto de la presión y el volumen de un gas son prácticamente el mismo, esto se expone en la expresión matemática propuesta por Boyle. Se logró demostrar por medio de la práctica que la relación que establece La ley de Boyle entre el volumen de una determinada cantidad de gas ideal, cuando la temperatura y cantidad de sustancia, ya que el mismo se mantiene constante y es inversamente proporcional a la presión que ejerce sobre el gas. Cuestionario: (15 puntos)
- ¿Cómo cambiaría la gráfica confeccionada anteriormente si se modifica la temperatura del gas empleado? Tal como se ha mencionado en reiteradas ocasiones, si se comprime un gas a temperatura constante se observará como aumenta su presión al disminuir su volumen, esta ley se cumple para aproximadamente todos los gases a bajas densidades y los mismos se conocen como gases ideales, de esta ley se obtienen cuatro ecuaciones fundamentales que se expresan matemáticamente de la siguiente manera: PV=nRT PV/nR=T P=nRT/V V=nRT/P Conforme se va aumentando la temperatura, también se incrementa la energía cinética del gas y con ello aumenta su presión, sin embargo, su volumen disminuye ya que el mismo está en función de la temperatura. (LEY DE LOS GASES IDEALES,sf)
- ¿La forma del recipiente tendrá alguna importancia? Tal y como ya se conoce, los gases tienden a tomar la misma forma del recipiente en el que se encuentren contenidos, esto implica que una vez estén dentro de un recipiente, el gas va a ocupar el
Facultad de Ciencias Escuela de Física FS 0311 Laboratorio de Física General II mayor espacio posible del mismo por lo que es fundamental tomar en cuenta la medida de su volumen mas que su forma, es decir, si se cambia a un recipiente de otra forma, pero con el doble de capacidad, la presión se reducirá a la mitad según el principio de proporcionalidad entre dichas variables.
- ¿Cambiaría la forma de la gráfica si se emplea otro gas en lugar de aire? Si cambiaría el comportamiento de las variables volumen y presión si se emplea un gas distinto de aire, considerando que la ecuación de la ley de Boyle está enfocada en los gases ideales y el aire puede ser considerado como uno de ellos bajo algunas limitaciones, esto se debe a que es sumamente débil y sus fuerzas moleculares son en su mayoría de dispersión. Si las propiedades del gas fueran distintas a las de un gas ideal, la Ley de Boyle no sería capaz de anticipar la manera en que se va a comportar ante una exposición a altas temperaturas o variaciones de presión.
- ¿Qué representa el área bajo la curva en un diagrama de presión contra volumen para una sustancia simple compresible (un gas)? Los diagramas de presión-volumen o conocidos como diagramas PV, son una manera de visualizar los cambios en la presión y el volumen de forma sencilla y conveniente, a cada estado del gas le corresponde un punto en el diagrama, en el eje vertical se da la presión y en el eje horizontal se encuentra el volumen. Conforme el gas sigue un proceso termodinámico, el estado del mismo cambia y según lo hace se asigna un punto diferente que al moverse va dibujando una trayectoria. Una vez codificada esta información se pueden hacer algunas afirmaciones sobre el trabajo que se realizó, el calor que fue transferido y los cambios en la energía interior de un gas, el área bajo la curva en un diagrama de presión representa el trabajo hecho o la compresión del gas en N/m². (Khan Academy, s.f.) Redacción, ortografía y bibliografía (1 5 puntos)
