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OBJETIVOS

El objetivo que se persigue con esta primera práctica de laboratorio de Fisicoquímica es el de determinar el coeficiente de expansión térmica “” y el coeficiente de tensión “”.

Se pretende determinar el coeficiente “” variando el volumen del gas (aire) en función de la temperatura a presión constante.

Para la determinación del coeficiente “” se pretende variar la presióndel gas en función de la temperatura a volumen constante.

FUNDAMENTO TEORICO

Coeficiente de expansión de los gases “”

Charles en 1787 observó que el hidrógeno, aire y dióxido de carbono se expandían en igual proporción, al calentarlos de 0 a 180 C, manteniendo la presión constante. Sin embargo, fue Gay – Lussac el primero que, en 1802, encontró que todos los gases aumentaban igualvolumen por grado de elevación térmica, y que tal incremento era aproximadamente 1/273.15 (0.003661). Este valor corresponde al coeficiente de expansión térmica “”.

Tanto Charles como Gay – Lussac hicieron medidas para una misma masa de gas, manteniendo la misma presión, encontrando que el volumen del gas variaba linealmente con la temperatura de acuerdo a la ecuación:

(1)


donde:
t= temperatura (C)
V = Volumen (l)
V0 = Volumen a 0 C





Graficando el volumen en función a la temperatura:















Los experimentos de Charles y Gay – Lussac demostraron que el aumento relativo de volumen, por cada aumento de una grado de temperatura, era el mismo para todos los gases. A este valor de denomina coeficiente de dilatación térmica a 0C “o”.Siendo:

(2)

Reemplazando en la ecuación (1) se obtiene:

(3)

O también:

(4)

La ecuación (4) expresa el volumen del gas en función del volumen a 0 C y de la constante , que es la misma para todos los gases y es casi completamente independiente de la presión a la cual se realizan las medidas. Si medimos  a varias presiones, encontraremos que para todos los gases, se aproxima al valor límite a presión cero 1/273.15. Entonces, la ecuación (4) sugiere una transformación de coordenadas definiendo una nueva escala de temperatura “T” en función a la temperatura original “t” expresada en grados centígrados.

Siendo:

(5)

La ecuación (5) se denomina escala de temperatura absoluta para los gases ideales, donde  y 1/ son constantes para todos losgases y dependen de la escala de temperatura usada originalmente.

Asi, en la escala centígrada se tiene:

(6)

Finalmente, la ecuación (4) se transforma en:

(7)

Por tanto:

Ley de Charles

Entonces, la Ley de Charles establece que el volumen de un gas bajo presión constante varía de forma proporcional a la temperatura absoluta en grados Kelvin (K).

Para dospuntos determinados se tendrá:

(8)

La constante K viene determinada por la presión, la naturaleza del gas y unidades de volumen.

Entonces K tendrá distintos valores a distintas presiones y obtendremos una serie de rectas para cada presión constante, cada una de las cuales es denominada isóbara; verificándose que su presión es tanto mayor cuanto menor es la presión, tal como se ilustraen el gráfico.




















Coeficiente de tensión de los gases “”

Este experimento se basa en la Ley de Gay - Lussac y consiste en medir las variaciones de la presión con la temperatura manteniendo siempre el mismo volumen para una masa de gas, encontrando en esta forma que esta variación corresponde a una función lineal:

(1)
donde:
t = temperatura (C)P = Presión (mmHg)
P0 = Presión a 0 C















De este experimento se observó que el incremento relativo de la presión por cada aumento de 1 grado de temperatura era el mismo para todos los gases; a este valor constante se lo conoce con el nombre de coeficiente de incremento de presión a 0C.


(2)


Reemplazando (2) en (1) se tiene:

(3)


Siendo...