Razón entre las capacidades calorificas





Universidad de Chile
Facultad de Ciencias
Departamento de Química
Ing. en Biotecnología Molecular.














Informe del Laboratorio N° 5:

Determinación de la Razón entre las Capacidades Caloríficas de los Gases.












Autora:
Ingeniería en Biotecnología Molecular
Profesor:
Fecha de realización: 11 de Octubre de 2013.


Introducción.En el estudio de la termodinámica por los gases, se han determinado diferentes relaciones entre las propiedades que estos poseen. Cuando se estudian gases ideales, se determina que la relación entre la presión y el volumen es inversamente proporcional y que el producto entre ambos es igual a una constante, expresado matemáticamente tenemos: Esta relación se conoce como la Ley de Boyle.Además, esta Ley es utilizada para describir que ocurre en procesos de expansión y compresión isotérmica (temperatura del sistema se mantiene constante).

Por otro lado, existen procesos en los que el sistema se encuentra completamente aislado, es decir, procesos que se llevan a cabo adiabáticamente. Para describir que ocurre con la presión y con el volumen en estos procesos, se utiliza una expresiónsimilar a la anterior, pero con una variación. Por lo tanto, para un proceso adiabático se tiene:



A partir de las expresiones anteriores, se observa que para un mismo proceso, el aumento de volumen es mayor cuando el proceso se lleva a cabo adiabáticamente, que cuando es isotérmico. Lo anterior se debe, a que en un proceso adiabático, la expresión matemática de la Ley de Boyle se eleva a ,el cual se conoce como coeficiente de dilatación adiabática. Este coeficiente se define como “la razón entre la capacidad calorífica a presión constante y la capacidad calorífica a volumen constante” [1], también se le conoce como factor de expansión isentrópica. Matemáticamente se expresa:



En donde se define como “la cantidad de calor necesario para variar un grado, la temperatura de uncuerpo, mediante una transformación isóbara” [2] y corresponde a “la cantidad de calor necesario para variar un grado, la temperatura de un cuerpo, mediante una transformación isócora” [2].

Durante el presente trabajo práctico se determinara la constante gamma (), mediante el método de Clément – Desormes. Este método se utiliza en gases ideales contenidos en un recipiente, que experimentanuna rápida compresión, a baja presión y a temperatura ambiente, lo cual se puede suponer como un proceso adiabático. Luego se espera a que el gas vuelva a su temperatura inicial, registrando la presión inicial y la resultante después de la compresión (presión final) [3]. Estas presiones corresponden a presiones manométricas, es decir, a los valores de las alturas. Expresado matemáticamente se tiene:Considerando que el gas utilizado corresponde a aire más vapor de agua en condiciones de temperatura ambiente (20°C), según el dato extraído de la literatura, el coeficiente de dilatación adiabática es [1]. Además, se tiene que las capacidades caloríficas a presión y volumen constante, se relación con la constante de los gases ideales mediante la siguiente ecuación:



En este caso,consideraremos [4]. Despejando en la ecuación (2), y reemplazando está en la ecuación (4), tenemos:



Además, se debe considerar la composición relativa del aire, para determinar los valores teóricos de , y . El aire se compone de un 78% de N2, 20% de O2 y un 2% de vapor de agua aproximadamente, despreciando los demás gases, debido a que sus porcentajes son prácticamente despreciables.Para determinar el valor teórico de debemos utilizar las ecuaciones para moléculas lineales y no lineales, respectivamente, las cuales corresponden a:





En donde N corresponde al número de átomos que componen una molécula.



Objetivos:

Determinar la razón entre las capacidades caloríficas CP/CV =
Determinar los valores teóricos para CP, CV y




Materiales....