Coeficiente de expación de los gases

INTRODUCCION

Todos los gases tienen un comportamiento casi idéntico e independientemente de su naturaleza. Este comportamiento se estudia a través de las variaciones de tres parámetros: presión. Volumen y temperatura. El estado de un gas esta caracterizado por los valores que toman esos parámetros. En el caso general, ellos pueden modificarse simultáneamente, pero es usual estudiarpreviamente el comportamiento del gas cuando permanece constante uno de los parámetros y varían los otros dos.

El primer estudio experimental de la variación isobárica del volumen con la temperatura lo hizo J. Charles (1787)y años más tarde lo verifico Gay Lussac (1802). La ley de Charles postula que, a presión constante, el volumen de cualquier gas se expande en la misma fracción de su volumen iniciala 0 °C por cada aumento de un grado centígrado en la temperatura. Experimentalmente Charles y Gay Lussac descubrieron que por cada aumento de un grado es la temperatura el volumen del gas se incrementaba en, aproximadamente, 1/273 de su valor a 0°C. Este valor es más o menos constante para todos los gases. Así pues un aumento de diez en la temperatura en grados centígrados hará que aumente elvolumen de cualquier gas en aproximadamente 10/273 de su volumen a 0°C.

En general, la ley de Charles se puede expresar en forma de ecuación como sigue si el volumen del gas o 0°C es Vo y si el aumento fraccional en volumen por grado es v, el

Coeficiente de expansión del volumen, entonces el aumento de volumen debido a un incremento de temperatura de t grados es:Incremento fraccional en volumen incremento en
Volumen a 0°C * *
Incremento en temperatura temperatura

= Vo * v * (t – o)

Si el volumen a la temperatura t es Vt, el aumento de volumen dado por la ecuación anterior es, simplemente,(Vt – Vo), de modo que:

Vt – Vo = Vo v t

O bien,

Vt= Vo ( 1 + v t)
OBEJETIVO

Determinar experimentalmente el coeficiente de expansión de los gases.

GENERALIDADES

Se dice que un gas se encuentra en un estado definido cuando sus variables (P, T, V).

Para poder definir el estado de un sistema sin necesidad de medir todas sus variable, se hace uso de ecuacionesmatemáticas, las cuales relacionan unas variables de otras. Estas relaciones se denominan “ecuaciones de estado”, las que pueden obtenerse observando el comportamiento del sistema bajo condiciones dadas.

Charles (1787) y Gay- Lussac (1802) investigaron la expansión térmica de los gases y encontraron un aumento lineal del volumen con la temperatura (medida en la escala centígrada del mercurio), a presiónconstante y cantidad fija de gas:

V= a +bt P, m contantes

Donde: a y b son constantes.

Cuando t= 0ºC ., se tiene a Vo, donde Vo es el volumen del gas a 0ºC y a presión P fija.
Luego V = Vo (1 + a t). Si se define una nueva constante a = b/Vo la ley de charles resulta ser:

V = Vo (1 + t) P, m constantes

Si el comportamiento de la temperatura frente al volumen de un gas, cumplecon la ley de charles, se puede definir la ecacion:

V1 V2
=
T1 T2

Donde:

Vref: Volumen de referencia inicial, de gas, medido a una cierta temperatura y es una constante análoga a Vo.

V: Volumen de gas medido a la temperatura t.

T: temperatura en grados Celsius.

: Coeficiente de expansión térmica, que tiene un valor de 1 / 273ºC
Cuando Vtiende a cero, se obtiene un valor aproximado para el cero absoluto de temperatura, en grados Celsius.

DESARROLLO EXPERIMENTAL

MATERIAL:

1 soporte con arillo y tela de alambre
1 pinza para bureta
1 mechero bunsen
1 matraz erlenmeyer de 250 mL
1 tapón bihoradado para el matraz
Tubo de vidrio de 5 mm de diámetro
1 vaso de precipitados de 1000 mL
1 vaso de precipitados de 2000mL...