Adiabatico Gases Experimento

PRÁCTICA 4B

PROCESOS ADIABÁTICOS EN GASES
OBJETIVO
Estudio de la compresión y expansión adiabáticas en varios tipos de gases, midiendo la
presión, temperatura y volumen de los mismos a lo largo del proceso. Determinación del trabajo
adiabático y de la constante adiabática γ.
MATERIAL NECESARIO
- Aparato de la ley adiabática PASCO TD8565, provisto de un cilindro con émbolo
móvil y sensores depresión, temperatura y
volumen (ver Figura 1).
- Interface 300 y cables auxiliares de conexión
para los sensores de presión y temperatura.
- Software “Scientific Workshop” de PASCO
para la recogida y tratamiento de las medidas.
- Ordenador Macintosh o PC.
- Gases (aire, CO2, y Ar)

Figura 1. Dispositivo experimental
INTRODUCCIÓN TEÓRICA
Un proceso es adiabático cuando no se produce intercambio decalor entre el sistema y el
ambiente. Esta situación se tendría cuando hubiera un aislamiento térmico perfecto del sistema, o
cuando el proceso ocurriera tan rápido que no hubiera prácticamente transferencia de calor. Si
consideramos que el sistema es un gas ideal, la combinación del primer principio de la
termodinámica con la ecuación de estado de los gases ideales proporciona una nueva leydenominada a veces como ecuación adiabática. Para su deducción supongamos un proceso
adiabático, es decir, Q=0. Así, según el primer principio
dU = - W= -p dV.

(1)

Si el gas es ideal, diferenciando la ecuación de estado pV=nRT, obtenemos
p dV + V dp = nR dT.

(2)

Al ser un gas ideal, dU=ncv dT, y podemos sustituir nRdT=-(Rp/cv )dV de la ecuación (1) en la
ecuación (2), es decir,
p dV + V dp = -(

Rp
)dV
cv

p (1+

R
) dV + V dp = 0.
cv

(3)

Teniendo en cuenta que cp-cv=R y definiendo la constante adiabática = cp /cv , se llega a
dp
+
p

dV
= 0,
V

(4)

que puede integrase fácilmente si γ es constante (lo que se cumple razonablemente bien para
gases simples a temperaturas moderadas) para obtener la ecuación adiabática

4B.1

ln p +

ln V = constante

ó

g

pV = constante.

(5)

Combinandoesta última ecuación y de la ley de los gases ideales también se puede obtener
g -1

TV

= constante.

(6)

Por otro lado, es fácil calcular el trabajo hecho por el gas en un procesos adiabático entre los
g
estados 1 y 2. Teniendo en cuenta d’W=pdV y que por la ley adiabática p=k/V , siendo
g
g
k=p1V1 =p2V2 constante,
dV
p1 V1γ
1-g
1-g
W=k∫ γ =
[V2 - V1 ]
V
1− γ
V1
V2

(7)

Nótese que 1- < 0, así quepara compresiones adiabáticas (V2 gas es negativo, es decir, hay que realizar trabajo sobre el sistema, como es lógico. Asimismo,
como por el primer principio U=-W, entonces U>0 (el trabajo realizado sobre el gas hace
que aumente su energía interna). Ello indica que en una compresión adiabática la temperatura del
gas aumenta. Por el contrario, en una expansiónadiabática (V2 >V1), W>0 y U<0, o sea, el gas
realiza trabajo a costa de su energía interna, que disminuye. Por ello, en una expansión adiabática
disminuye la temperatura del gas.
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
El montaje del experimento debe ser verificado por el profesor antes de manipular el pistón y
proceder a la toma de datos.
Montaje experimental
El montaje consta de 1) el aparato pistón-cilindro quecontiene los sensores de presión,
temperatura y volumen del gas encerrado dentro del pistón; 2) el ordenador (Macintosh o PC)
para el registro y manipulación de los datos medidos, con el programa Scientific Workshop; y 3)
el interface 300 analógico-digital para transferir las medidas desde los sensores al ordenador.
El aparato (Figura 2) consta de un pistón de plástico (a)
que se puede movermanualmente dentro de un cilindro
transparente (b) que contiene un gas, introducido y extraído
a través de las dos válvulas metálicas (c). Montado a lo
largo del pistón hay un divisor lineal de tensión (d)
alimentado por una fuente de tensión interna de 5 V que se
usa para determinar la posición del pistón (y con ello el
volumen de gas encerrado) mediante la medida del voltaje
en la conexión (e). En...

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