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DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA




Guía de Laboratorio de termodinámica
Ecuación de estado de gas ideal
Condición Isocórica


Docentes:
Andrés González PhD.Msc.Ing
Gerardo Gordillo PhD.Msc.Ing


Bogotá, 2013-01
Introducción
Cuando un gas presenta bajas densidades se puede recurrir al modelo de estado del gas ideal para relacionar con buena exactitud laspropiedades intensivas presión, temperatura y volumen específico.
Esta práctica permite al estudiante verificar que el modelo de estado de gas ideal aplicado al aire modela adecuadamente la relación entre las propiedades intensivas presión y temperatura en el rango manejado en la actividad propuesta. Adicionalmente, el estudiante podrá calcular el valor de la constante universal de losgases basado en los datos experimentales de presión y temperatura mediante el uso de la ecuación de estado del gas ideal.
Objetivo general
Verificación experimental de la validez del uso de la ecuación de estado de gas ideal para relacionar las propiedades intensivas presión, volumen específico y temperatura del aire dentro de un rango limitado de valores para P y T, y un valor constante para elvolumen (condición isocórica).
Objetivos específicos
Verificación experimental de la relación lineal existente entre un rango de valores de presión y temperatura del aire gaseoso confinado a un volumen constante.
Verificación del valor del factor de compresibilidad como indicador de la proximidad del comportamiento de un gas al gas ideal.
Implementación de valores medidos de presión ytemperatura para calcular el valor de la constante universal de los gases.
Familiarización del estudiante con las técnicas de medición de temperatura y presión, y el uso de una interfaz para la recolección y análisis de datos.




Marco teórico
El estado de una sustancia simple compresible queda descrito completamente mediante dos propiedades intensivas independientes. Esto significa queal fijar dos propiedades intensivas independientes de una sustancia simple compresible las demás propiedades quedan determinadas. Así, la ecuación de estado de gas ideal es el camino que permite calcular el valor de una tercer propiedad intensiva conociendo otras dos que determinen el estado del gas. Las propiedades que relaciona son presión, temperatura y volumen específico mediante laexpresión:

Donde es la presión, es el volumen específico y la temperatura absoluta. es la constante asociada al gas (la relación entre la constante universal de los gases y la masa molar del gas particular.
Observe que cuando el volumen específico de la ecuación de estado del gas ideal permanece constante (al fijar la masa y volumen del gas) la relación entre la presión y temperatura eslineal, donde la constante de proporcionalidad depende de la relación . Este caso de condición isocórica se conoce como Ley de Amonton o Ley de Gay-Lussac.
Una de las suposiciones hechas para llegar a esta relación es que el gas tiene baja densidad. Esto se supone para que la distancia promedio que viajan las partículas entre dos colisiones sucesivas sea mayor que elespaciamiento entre las partículas. Sin embargo, en muchas situaciones la suposición de baja densidad no se cumple estrictamente y el comportamiento del gas se aleja del gas ideal. Por esto, para predecir la relación entre presión, volumen y presión mediante la sencilla ecuación del gas ideal, se llegó a proponer el uso de un factor que indicara el grado de desviación del comportamiento ideal demodo que corrigiera los valores predichos por la suposición de idealidad, conocido como el factor de compresibilidad, siendo 1 cuando el gas sí es ideal.
En este laboratorio, se pretende medir y graficar datos de presión contra temperatura para un calentamiento lento y uniforme del gas, manteniendo un volumen constante y así verificar la dependencia lineal de la presión...