Nada

Física Aplicada: Técnicas Experimentales Básicas

PRÁCTICA Nº 10

TERMOMETRO DE GAS A PRESION CONSTANTE

OBJETO:

Determinar el coeficiente de dilatación a presión constante de un gas. Medida de Temperaturas.

MATERIAL:

Termómetro de gas a presión constante. Recipiente metálico para el agua que rodea el bulbo de termómetro. Resistencia de calefacción.

FUNDAMENTO:

El primerenunciado preciso de la ley que relaciona las variaciones de volumen de un gas con las variaciones de su temperatura fue publicado por Gay-Lussac en 1802. Gay-Lussac midió lo que ahora llamaríamos coeficiente de dilatación de un cierto número de gases distintos, y al parecer fue el primero en reconocer que, al efectuar tales medidas con los gases, es esencial mantener la presión constante. Si no sehace esto, las variaciones de volumen originadas por los cambios de presión no permitirían conocer las variaciones de volumen debidas únicamente a los cambios de temperatura.
La magnitud medida era, por consiguiente, el coeficiente de dilatación cúbica a presión constante. Los resultados experimentales quedan expresados por la siguiente relación

(1)

siendo V0 el volumen a unatemperatura de referencia t0, V el volumen a la temperatura t, y  el coeficiente de dilatación.
Si, como en el caso corriente, se toma como temperatura de referencia la de cero grados centígrados, la ecuación (1) se convierte en

(2)

El primer punto de interés es que el volumen es función lineal de la temperatura. El segundo es que el coeficiente  tiene, muy aproximadamente, el mismo valorpara todos los gases. Cuanto más baja es la presión, con tanta mayor aproximación coinciden los valores de  para los distintos gases. Extrapolando las medidas hasta la presión cero, se obtiene el siguiente valor, común a todos los gases:

(es decir, )


Termómetro de gas a presión constante.

El hecho de la dependencia lineal entre el volumen ocupado por un gas y la temperaturadel mismo, así como la constancia del coeficiente de dilatación, nos permite utilizar la expresión (1) para la determinación de temperaturas.
Utilizaremos el dispositivo de la figura, consistente en un recipiente de vidrio A (que contiene gas) comunicado, por medio de una llave en T, con un tubo a un recipiente provisto de un émbolo. Este recipiente dispone de una escala graduada en cm. Durantela realización de la experiencia, el émbolo se ajusta automáticamente a las variaciones de volumen del gas, manteniéndose la presión constante. Este dispositivo nos servirá para determinar el valor del coeficiente de dilatación del gas contenido en A. Una vez determinado el valor de , podremos utilizar el dispositivo como termómetro (Termómetro de gas a presión constante).
Bastará conocer elvolumen V0 del gas a la temperatura t0 y el volumen VE a la temperatura tE (de ebullición del agua), y, entonces, de (1) se deduce:

(3)

Si se coloca el recipiente A en un medio a temperatura conocida t, y medimos el volumen correspondiente Vt ocupado por el gas, manteniendo la presión constante, de (1) se obtiene

(4)

Para que los resultados obtenidos de las expresiones (3) y (4)sean correctos, debemos tener en cuenta la dilatación que experimenta el recipiente así como que el aire contenido en el tubo de conexión R y en el recipiente B no se encuentra a la misma temperatura que el contenido en el recipiente A. Dado que este último término es el más importante daremos unas consideraciones sobre la solución del problema que plantea.

Corrección de temperaturas. Lacorrección de temperaturas se basa en suponer que el aire se comporta como un gas ideal, como hasta ahora hemos hecho, y en tener en cuenta que el número de moles total que hay dentro del recipiente A, cuando la temperatura es T0 se reparte entre el recipiente A y el recipiente B cuando la temperatura es otra cualquiera. Aplicando la ecuación de los gases ideales y teniendo en cuenta que se cumplirá...