Determinacion coeficiente adibatico del aire

DETERMINACION DEL COEFICIENTE ADIABATICO DEL AIRE.

RESUMEN
El coeficiente adiabático (γ), es una relación entre la capacidad calorífica a presión constante (Cp) y la capacidad calorífica a volumen constante (Cv). Se determinó el coeficiente adiabático de aire para el aire experimentalmente mediante el método de Clement-Desormes el cual utilizando un sistema cerrado, de paredesdiatérmicas y rígidas conectado a un manómetro de agua, somete al aire a un proceso de expansión adiabática y un proceso de compresión isotérmica.
PALABRAS CLAVE: ADIABATICO, ISOTERMICO,
EXPANSION, CAPACIDAD CALORIFICA.

INTRODUCCIÓN
La primera ley de la termodinámica establece la equivalencia entre el trabajo y el calor como formas de transferir energía en procesos termodinámicos,introduciendo el concepto de energía interna (Ira Levine, 2004).
De acuerdo a esto podemos decir que:

ΔU = q + w, en sistema cerrado (ec.1)

En que q = calor cedido al sistema en el proceso y w= es el trabajo mecánico realizado por el sistema en el proceso. Siendo:

w = -P x dV (ec.2)

(P: presión; dV: variacióninfinitesimal de volumen)

El modo más común de realizar trabajo (compresión o expansión) sobre un sistema termodinámico es mediante el cambio volumen del mismo (Maron y Prutton, 2001). Esto es posible de ser realizado mediante 3 procesos distintos: isotérmicamente (a temperatura constante), isobáricamente (a presión constante) o adiabáticamente (sin intercambio de calor con el entorno) (IraLevine, 2004)
Las relaciones de energía interna y el estado de cualquier sistema durante un proceso termodinámico dependen no solamente del modo (reversible o irreversible) que se realiza un trabajo sino que también en las condiciones de volumen, presión o temperatura en que ocurre este.
Si ΔU (descrita por la primera ley de la termodinámica como ΔU= q + w) es una función de la temperatura, deacuerdo a:

Cv x dT =dU (ec.3)

En condiciones isotérmicas, ΔU=0, lo cual es equivalente a:
q = -w (ec.4)

y por tanto dw= -PdV (ec.5)

De lo que se deduce que todo el trabajo de expansión o contracción de un sistema será a expensas del calor absorbidoo que cualquier calor obtenido será a expensas del trabajo realizado por el sistema. Por otro lado, en un sistema que sufre un proceso adiabático en cambio, no hay intercambio de calor entre el sistema y sus alrededores, siendo q=0, por lo cual , ΔU= w, de lo que se deduce que cualquier expansión o compresión en un sistema en un proceso adiabático se realiza a expensas de la energía interna y amedida que este trabajo va efectuándose, la energía interna disminuye como así también lo hace la temperatura y viceversa (Maron y Prutton ,2001).
Estos procesos de expansión y compresión en condiciones isotérmicas y adiabáticas se describen claramente en un diagrama de presión- volumen,


Figura 1. Expansión reversible adiabática (1=>1’) y proceso isovolumétrico (1=>2) de un gas ideal.En el proceso 1 => 1’ se describe un proceso de enfriamiento de un gas durante una expansión adiabática, seguido por un proceso 1’ =>2 que representa un calentamiento a volumen constante (proceso isovolumétrico) hasta alcanzar la temperatura inicial. (Ira Levine, 2004)
Estas relaciones se explican por la ley de Boyle la cual postula que: “Para una cantidad fija de gas encondiciones isotérmicas, P y V son inversamente proporcionales” (Chang, 2003). Es decir

PV = k1, (ec.6)

Donde k1 es una constante de proporcionalidad.

En caso de que el sistema varia su volumen adiabáticamente, la expresión que relaciona las variables P y V a partir de la primera ley de la termodinámica es:...