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Física Aplicada: Técnicas Experimentales Básicas
PRÁCTICA Nº 13
LEY DE BOYLE
OBJETO
Verificación de la ley de Boyle en el caso del aire. Determinación de los coeficientes térmicos del aire.
MATERIAL
Aparato para la ley de los gases. Sistema termostático.
FUNDAMENTO
En 1662, Robert Boyle descubrió experimentalmente una relación entre la presión y el volumen de un gas encerrado en unrecipiente: una masa dada de gas a temperatura constante, mantiene constante el producto de su presión por su volumen,


Esta ley es rigurosamente cierta para gases ideales; para gases reales y a altas presiones, los errores son apreciables. Sin embargo, la ley de Boyle es suficientemente precisa para cualquier aplicación práctica a presión atmosférica y temperaturas próximas a la ambiente.Por lo tanto, si tenemos un gas en condiciones que cumplan la ley de Boyle, la representación gráfica de su evolución isoterma en un diagrama p-V, conduce a un arco de hipérbola equilátera que tiene por asíntotas los ejes coordenados, mientras que, si se representa gráficamente el producto pV en función de p se obtendrá una línea recta paralela al eje de abcisas.
Por otra parte, cuando a un sistematermodinámico le alteramos alguna de sus variables que sirven para especificar su estado, esa variación, en general, afecta a las demás variables de estado, y, en consecuencia, podemos hablar de la velocidad de cambio de una de sus variables con respecto a otras.
Para expresar estas velocidades de cambio, se introducen los coeficientes térmicos de un sistema, que se definen del siguiente modo:Coeficiente de dilatación térmica, de dilatación isobárica o simplemente de dilatación, pues con cualquiera de las tres denominaciones se le denomina. Físicamente, se define como la velocidad de cambio, por unidad de volumen, de esta magnitud a medida que se cambia la temperatura, permaneciendo constante la presión. Se suele representar por el símbolo  y su definición se traduce en la expresión
Coeficiente piezométrico. Expresa la rapidez de cambio, por unidad de presión, de esta magnitud a medida que varía la temperatura permaneciendo constante el volumen. Se suele representar por el símbolo  y se expresa por


En la práctica, este coeficiente es poco utilizado, ya que, experimentalmente, se determinan más fácilmente las variaciones del volumen, con la temperatura o con lapresión, que las variaciones de la presión con las demás variables termodinámicas.
Coeficiente de compresibilidad isotermo. Se define como la rapidez de cambio, con signo negativo, del volumen con respecto a la presión, por unidad de volumen, cuando permanece constante la temperatura. Se representa por T y su expresión matemática es:


Entre estos tres coeficientes, se puede deducir lasiguiente relación


MÉTODO
Para llevar a cabo la experiencia, disponemos de dos recipientes A y B, unidos mediante un tubo de teflón, que contienen mercurio (ver Fig. 1). Entre A y B hay una escala graduada G, que puede utilizarse tanto para el recipiente A como para la diferencia de nivel entre A y B.
Cuando el nivel de mercurio en ambos recipientes está igualado, se puede observar en Gla altura del nivel correspondiente a la presión atmosférica p0 (p0, en milímetros de mercurio, se mide con ayuda del barómetro instalado en el laboratorio). Se mide el volumen V0 de aire en el recipiente A (mediante G, como queda dicho), y que corresponde a la presión atmosférica.
Si se sube el recipiente B, el nivel de mercurio sube simultáneamente en A (ver Fig. 2) y el desnivel de mercurioen ambos recipientes es h1, medido en la escala G. El volumen ocupado por la masa de gas es ahora distinto, V1, mientras que la presión es p0+h1 (expresada en milímetros de mercurio). Para diferentes elevaciones (o descensos) de B, se obtienen distintos desniveles h2, h3, ...(en el caso de descensos, estos valores serán negativos) correspondientes a los volúmenes V2, V3,...
Se irán midiendo de...