Práctica 8 Termodinámica

Universidad Nacional Autónoma de México

Facultad de Ingeniería

Práctica número 8:

“LEY DE CHARLES”

Brigada 1


Grupo 16

Grupo de teoría:

Castro Hernández Diana L. 7
Cruz Luna Melisa Z 9
Ordoñez Gutierrez Claudio 10
Rodríguez Sánchez Luis G.9
Roldán Mateos Michelle 11



Fecha de realización: 7 de Octubre de 2013
Fecha de entrega: 10 de Octubre de 2013



Objetivos
Comprobar experimentalmente la Ley de Charles.
Obtener el modelo matemático que relaciona las variables temperatura y volumen, así como el gráfico volumen - temperatura (V-T).
Inferir experimentalmente latemperatura correspondiente al cero absoluto

Introducción
En 1787 el científico francés Jack Charles estudió la relación existente entre el volumen y la temperatura de una muestra de un gas cuando la presión no cambia. Durante sus investigaciones pudo observar que, cuando en la muestra se aumentaba su temperatura también aumentaba su volumen, y cuando su temperatura disminuye, al volumen lesucede lo mismo. Es decir, la temperatura es proporcional al volumen.
Posteriormente Gay-Lussac realiza experimentos del volumen de una muestra de gas cuando la presión no cambia y observó que el volumen tiene un comportamiento lineal con la temperatura.
Proceso isobárico
Considere cierta masa de un gas contenida en dispositivo cilindro émbolo que soporta una presión igual a la atmosféricamás la presión que ejerce el émbolo, tal como se muestra en la figura. Al calentar el gas y dejar que se expanda libremente, la presión sobre él no se altera, pues siempre es ejercida por la atmósfera y por el émbolo. Un proceso como éste en el que volumen del gas varía con la temperatura mientras se mantiene constante la presión se denomina proceso isobárico.

Si tomamos dos bloques sólidos deigual volumen pero de materiales diferentes, uno de cobre y otro hierro, por ejemplo, y hacemos que ambos materiales tengan el mismo aumento de temperatura, sufrirán diferentes incrementos de volumen, y por lo tanto, presentarán distintos volúmenes finales. Esto sucede debido a que los coeficientes de dilatación del cobre y el hierro no son iguales, lo que ocurre, en general, con los coeficientes dedilatación de las sustancias en las fases sólida y líquida.
Ahora considere que efectúa un experimento similar pero con gases. Tomaremos volúmenes iguales de dos gases diferentes (O2 y H2, por ejemplo) a una misma temperatura inicial, al suministrar a ambos el mismo incremento de temperatura manteniendo la misma presión, se observa que los dos gases presentan el mismo volumen final, o sea queambos tienen el mismo coeficiente de dilatación. El físico francés Gay-Lussac, a principios del siglo pasado, al realizar una serie de experimentos comprobó que este resultado es verdadero para todos los gases. Podemos, entonces decir que:
Si tomamos un volumen de gas a una cierta temperatura inicial, y lo calentamos a presión constante hasta una temperatura final, la dilatación observada será lasmismas, cualquiera que sea el gas usado en el experimento, es decir, el valor del coeficiente de dilatación volumétrica es el mismo para todos los gases.
Diagrama V-T
En sus experimentos, Gay-Lussac, tomó determinada masa de gas y realizó mediciones del volumen y de la temperatura de ésta mientras era calentada y se expandía a presión constante. Con estas mediciones construyo un gráfico devolumen V en función de la temperatura T, expresada en °C. Obteniendo una gráfica rectilínea, concluyendo, que el volumen de determinada masa gaseoso, cuando la presión es constante, varía linealmente con su temperatura en °C.


En el gráfico observamos que el gas ocupa un volumen 0 °C. El volumen del gas se reducirá en forma gradual a medida que se fuese reduciendo la temperatura debajo de 0...