Determinación del cero absoluto
Páginas: 10 (2449 palabras)
Publicado: 30 de abril de 2010
Experimento 2: Determinación del Cero Absoluto
13 de abril de 2010
Universidad de Santiago de Chile. Departamento de Física. Física Experimental IV. Laboratorio de Termodinámica.
Profesores: Álvaro San Martín y Jaime Caballero
Pamela Alejandra Franco Leiva
U2.love.pame@gmail.com
Resumen.
En este experimento se determinó el cero absoluto de un gas a volumen constante, para ello, sevarió el número de moles de la sustancia acotada, lo cual implicó el estudio del fenómeno en tres sistemas (Frío-ambiente-caliente; Ambiente-Frío-Caliente y Caliente-Frío-Ambiente), procediendo a la construcción de su gráfica y análisis basado en la ecuación de estado trabajada. De lo cual se infirió que el número de moles de gas, depende de las variables de presión y temperatura, por otro lado sedeterminaron valores cercanos al valor nominal del cero absoluto los cuales poseen errores menores al 5% en comparación con el valor citado. Concluyendo, finalmente que el aire se comporta como un gas ideal, puesto que fue posible modelar este fenómeno utilizando la ecuación de estado del gas ideal.
1. Introducción.
El objetivo de esta investigación es verificar la ecuación de estado,determinando el cero absoluto variando el número de moles del gas utilizado.
Para cuantificar el valor de la temperatura empírica es necesario establecer una escala de temperaturas. La escala Celsius emplea dos puntos fijos (los puntos de fusión y de ebullición del agua pura, a 1[atm] de presión), a los que se les da arbitrariamente los valores numéricos de 0[ºC] y 100[ºC]. Sin embargo, cualquiermagnitud física debe requerir de un solo punto fijo para su definición.
Esto se consigue con el termómetro de gas a volumen constante, en el que se mide la presión del gas manteniendo constante el volumen que ocupa. Si bien las indicaciones de un termómetro de gas a volumen constante dependen de la naturaleza del gas para valores ordinarios de PPT, (punto triple del agua, PPT =0,01 [ºC]) todoslos gases señalan la misma temperatura al disminuir PPT y tender hacia cero. Por consiguiente, se define la temperatura θ del gas ideal mediante la siguiente ecuación:
[pic][pic] (1)
Aunque la escala de temperaturas del gas ideal es independiente de las propiedades de cualquier gas particular, depende, sin embargo, de las propiedades de los gases en general.
Por otrolado, se acota además que en el intervalo de temperatura en el que puede utilizarse un termómetro de gas, la escala de gas ideal y la escala Kelvin son idénticas.
La importancia de la escala Kelvin radica al establecer en cero de la escala, el cero absoluto (-273,15[ºC] o 0[K]); el que corresponde a la temperatura teórica más baja posible, caracterizado por la total ausencia de calor. Aesta temperatura el nivel de energía del sistema es el más bajo posible por lo que las partículas, según la mecánica clásica, cesan toda actividad molecular, lo cual es totalmente erróneo, puesto que según la mecánica cuántica, las moléculas de una sustancia en el cero absoluto tienen una cantidad finita de energía cinética, denominada energía en el punto cero. [1]
El estado de un gas vienedeterminado por su temperatura, su presión, el volumen del recipiente y la cantidad de sustancia. En el caso límite de un gas ideal (densidad baja) estas variables de estado están relacionadas mediante la siguiente ecuación:
[pic] (2)
Donde; P es la presión, V es el volumen, n es el número de moles del gas, R=8,31 [J/mol K] es la constante delos gases y T es la temperatura absoluta.
Para un termómetro de gas de volumen constante, la ecuación anterior queda de la siguiente manera:
[pic] (3)
Siendo;
[pic] (4)
Comparando la ecuación 3 con la ecuación de la recta, se observa que la pendiente depende...
13 de abril de 2010
Universidad de Santiago de Chile. Departamento de Física. Física Experimental IV. Laboratorio de Termodinámica.
Profesores: Álvaro San Martín y Jaime Caballero
Pamela Alejandra Franco Leiva
U2.love.pame@gmail.com
Resumen.
En este experimento se determinó el cero absoluto de un gas a volumen constante, para ello, sevarió el número de moles de la sustancia acotada, lo cual implicó el estudio del fenómeno en tres sistemas (Frío-ambiente-caliente; Ambiente-Frío-Caliente y Caliente-Frío-Ambiente), procediendo a la construcción de su gráfica y análisis basado en la ecuación de estado trabajada. De lo cual se infirió que el número de moles de gas, depende de las variables de presión y temperatura, por otro lado sedeterminaron valores cercanos al valor nominal del cero absoluto los cuales poseen errores menores al 5% en comparación con el valor citado. Concluyendo, finalmente que el aire se comporta como un gas ideal, puesto que fue posible modelar este fenómeno utilizando la ecuación de estado del gas ideal.
1. Introducción.
El objetivo de esta investigación es verificar la ecuación de estado,determinando el cero absoluto variando el número de moles del gas utilizado.
Para cuantificar el valor de la temperatura empírica es necesario establecer una escala de temperaturas. La escala Celsius emplea dos puntos fijos (los puntos de fusión y de ebullición del agua pura, a 1[atm] de presión), a los que se les da arbitrariamente los valores numéricos de 0[ºC] y 100[ºC]. Sin embargo, cualquiermagnitud física debe requerir de un solo punto fijo para su definición.
Esto se consigue con el termómetro de gas a volumen constante, en el que se mide la presión del gas manteniendo constante el volumen que ocupa. Si bien las indicaciones de un termómetro de gas a volumen constante dependen de la naturaleza del gas para valores ordinarios de PPT, (punto triple del agua, PPT =0,01 [ºC]) todoslos gases señalan la misma temperatura al disminuir PPT y tender hacia cero. Por consiguiente, se define la temperatura θ del gas ideal mediante la siguiente ecuación:
[pic][pic] (1)
Aunque la escala de temperaturas del gas ideal es independiente de las propiedades de cualquier gas particular, depende, sin embargo, de las propiedades de los gases en general.
Por otrolado, se acota además que en el intervalo de temperatura en el que puede utilizarse un termómetro de gas, la escala de gas ideal y la escala Kelvin son idénticas.
La importancia de la escala Kelvin radica al establecer en cero de la escala, el cero absoluto (-273,15[ºC] o 0[K]); el que corresponde a la temperatura teórica más baja posible, caracterizado por la total ausencia de calor. Aesta temperatura el nivel de energía del sistema es el más bajo posible por lo que las partículas, según la mecánica clásica, cesan toda actividad molecular, lo cual es totalmente erróneo, puesto que según la mecánica cuántica, las moléculas de una sustancia en el cero absoluto tienen una cantidad finita de energía cinética, denominada energía en el punto cero. [1]
El estado de un gas vienedeterminado por su temperatura, su presión, el volumen del recipiente y la cantidad de sustancia. En el caso límite de un gas ideal (densidad baja) estas variables de estado están relacionadas mediante la siguiente ecuación:
[pic] (2)
Donde; P es la presión, V es el volumen, n es el número de moles del gas, R=8,31 [J/mol K] es la constante delos gases y T es la temperatura absoluta.
Para un termómetro de gas de volumen constante, la ecuación anterior queda de la siguiente manera:
[pic] (3)
Siendo;
[pic] (4)
Comparando la ecuación 3 con la ecuación de la recta, se observa que la pendiente depende...
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