termómetro de gas a presion constante

PRÁCTICA
TERMÓMETRO DE GAS
OBJETIVO
Comprobación de las leyes de los gases ideales. Verificación del funcionamiento del
termómetro de gas a presión constante. Estimación del cero absoluto de temperaturas.
MATERIAL NECESARIO
- Termómetro de gas.
- Bomba manual de vacío y presión con manómetro.
- Camisa de vidrio conectada con el baño.
- Termómetro digital.
- Baño termostático contermómetro de contacto.
INTRODUCCIÓN TEÓRICA
Ecuación de estado de los gases ideales
A presiones inferiores o del orden de la presión atmosférica (y si las temperaturas son del
orden del ambiente o mayores), las variables de estado de los gases están relacionadas entre sí de
una manera simple. Esta relación, obtenida inicialmente en forma experimental, pero que se
obtiene también teóricamente enFisica Estadística, se denomina ecuación de estado de los gases
ideales, y se puede escribir como
p V = n R T (1)
donde n es el numero de moles, R = 8,314 J/mol K es la constante universal de gases, T la
temperatura (termodinámica o absoluta, medida en kelvin),V el volumen y p la presión.
Por tanto, medidas de presión o volumen permiten determinar la temperatura absoluta, o
termodinámica. Simedimos el volumen, la presión se mantiene constante, y viceversa. Ambas
relaciones son lineales en la temperatura, como puede comprobarse de (1). Si a p cte., por
ejemplo, reducimos la temperatura, el volumen disminuye. A una cierta temperatura, el volumen
se anularía, lo que llevó a considerar que había un límite inferior a las temperaturas que se podian
alcanzar, o cero absoluto.
Si V0 es elvolumen del gas a 0 ˚C, dividiendo p V = n R T por p V0 = n R T0,
T = T0
V
V0
(2)
Esta expresión es el fundamento del termómetro de gas ideal a presión constante, donde T0 =
273.15 K.
Ley de Boyle
En procesos a temperatura constante, o isotermos, la ecuación de estado (1) se reduce a
p V = cte (3)
que también se conoce como ley de Boyle-Mariotte. Es una de las leyes experimentales quecondujo a la ecuación de estado (1). La primera parte de la práctica consiste en determinar que el
gas contenido en el capilar se comporta de acuerdo con (3) a temperatura ambiente (T cte = T
ambiente).
Coeficiente de dilatación de los gases. El cero absoluto de temperaturas
Los cuerpos, incluyendo los gases, se dilatan, incrementando su volumen de forma lineal con
la temperatura

V = Va(1 + a Dt) (4)
siendo Dt el incremento de temperatura respecto a la ambiente (ta - t), Va el volumen a la
temperatura de referencia (en este caso la ambiente) y a el coeficiente de dilatación, definido
como
a =
1
V è
ç
æ
ø
÷
¶Vö
¶T
(5)
Despejando de (4), tenemos una recta de pendiente a
V
Va
= 1 + a Dt (6)
El punto de intersección de dicha recta con el eje de temperatura (V =0) nos llevaría a obtener
una estimación de la temperatura más baja alcanzable, t0.
Dt = -
1
a = (t
0 - ta) (7)
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
Termómetro de gas
El termómetro de gas (a volumen o a presión constantes) es un termómetro primario ligado a
la escala de temperaturas absolutas. El termómetro de la práctica consiste en un volumen de aire
seco encerrado por una gota de mercurio,que actúa de émbolo, dentro de un capilar calibrado.
(La gota de mercurio puede sacarse invirtiendo el termómetro, ya que un filtro de vidrio
sinterizado impide que se salga del tubo. El aire se seca por un recipiente que contiene silicagel.
No está recomendado que esto lo realice el alumno).
En la parte superior del termómetro existe un abombamiento con silicagel, para secar el aire
quepenetra en el capilar. El tubo está abierto por la parte superior, por donde se conecta la
bomba manual para variar la presión sobre el gas encerrado en el tubo (Figura 1). El montaje se
completa con una camisa de vidrio llena de agua conectada con el baño termostático. Un
termómetro digital conectado en uno de los laterales de la camisa permite conocer la temperatura
del agua de la camisa y por...