Termómetro de gases

Termómetro de gases

Introducción
Para la práctica se utilizará aire como fluido termométrico para determinar valores de temperatura en el sistema trabajado con precisión y exactitud, a partir de los diferentes valores de presión que éste genera a diferentes temperaturas para mantener un volumen constante.
Un gas es visto como un conjunto de moléculas que se encuentran permanentemente enmovimiento aleatorio, con velocidades promedio que incrementan a medida que se eleva la temperatura. Éstas se encuentran ampliamente separadas y las interacciones moleculares tienen una influencia mínima sobre sus recorridos. Un gas ideal es uno en el que no existen interacciones intermoleculares y que obedece bajo cualquier condición la ecuación de estado de los gases, descrita por:


Una delas leyes que describe el comportamiento de los gases ideales bajo alguna condición dada, y la que se aplica en la práctica, es la ley de Charles, descrita por la ecuación:



Que muestra que la relación entre la variación de la temperatura con la presión es lineal a volumen constante. Lo anterior se cumple en un límitedeterminado, cuando .

En general, el comportamiento de los gases realesse desvía del comportamiento que se espera de acuerdo a la ecuación (1) debido a las interacciones moleculares que existen en el gas.Sin embargo a bajas presiones, cuando el gas ocupa un volumen grande, las moléculas, la mayor parte del tiempo se encuentran muy lejos unas de otras, por lo que las interacciones intermoleculares que se presenten no influenciarán significativamente el comportamientoque presente el gas, de manera que éste será muy similar al de un gas ideal.

Sin embargo, cuando los datos experimentales reflejan un comportamiento desviado del ideal es necesario hacer una corrección a la presión a partir de la ecuación:



Donde es la temperatura a la que se encuentra el gas, la presión que éste ejerce para mantener el volumen constante y la presión en el punto dehielo (determinada experimentalmente). Ésta se cumple a bajas presiones y asumiendo que el gas se comporta idealmente. Reescribiendo la expresión anterior se obtiene:



Que es una ecuación del tipo que describe una línea recta, donde



La corrección que se requiere hacer a la presión corresponde a la determinación de la pendiente que será un valor característico para cada sistemadiferente trabajado y permitirá observar el comportamiento del gas trabajado como uno que corresponde a un gas ideal. A partir de lo anterior, se construye una gráfica de que debe ser una recta de acuerdo al comportamiento que se espera para un gas ideal que describe la Ley de Charles. Al extrapolar a se determina el valor cero de la temperatura, que es inalcanzable experimentalmente.

ProcedimientoMontaje:
El montaje consta de un manómetro digital, un bulbo y una jeringa unidos por una llave de tres pasos. El bulbo se encuentra sumergido en un termostato.

Procedimiento experimental:
Antes de hacer mediciones se procede a realizar vacío con la jeringa conectada directamente hacia el bulbo, con el fin de disminuir la presión para que evitar el daño del montaje con un futuro aumentode la temperatura. Después de realizado esto se cierra el paso a la jeringa dejando conectados al bulbo y el manómetro. A partir de allí se empieza a regular la temperatura del gas en el bulbo por medio del termostato y se leen las presiones para las diferentes variaciones de temperatura. Por último se lleva el montaje a un recipiente con hielo y se mide una presión determinada.



ResultadosDespués de graficar los datos de presión y temperatura obtenidos en la experimentación para el bulbo pequeño se obtuvo la siguiente gráfica:

Gráfica 1: Datos de presión y temperatura obtenidos en la experimentación para el bulbo pequeño.
Ya que estos resultados se desvían del comportamiento ideal de los gases se procede a realizar una corrección a la presión, a partir de la presión obtenida...