thoni

Procesos
termodinámicos
Objetivo
El objetivo de esta propuesta es el estudio experimental de distintos procesos
termodínamicos simples para un gas ideal (aire). En particular se estudiarán procesos
adiabáticos, isotermos e isocóricos.

Introducción
Si sobre un sistema se realiza un proceso temodinámico de modo tal que no
haya intercambio de calor (energía) con el medio circundante, se lodenomina proceso
adiabático. Este tipo de proceso tiene lugar si el sistema estuviera perfectamente aislado
térmicamente o bien si se lo realiza suficientemente rápido como para que no haya
tiempo suficiente para que se produzca un intercambio de calor con el medio
circundante.
Si el sistema puede intercambiar energía con su medio y el proceso se realiza
lentamente, de modo que el sistematenga tiempo de entrar en equilibrio térmico con el
medio circundante, el proceso es isotérmico. Cuando el proceso es intermedio entre
estos dos extremos (adiabático e isotérmico) el proceso se denomina politrópico.
A presiones moderadas, P≤3 bar, casi todos los gases pueden ser considerados
como ideales ideales. Esto significa que, entre otras propiedades, ellos se comportan
siguiendo laecuación de estado:
P.V = n ⋅ R ⋅ T ,

(1)

donde, P es la presón absoluta del gas, V su volumen, T la temperatura absoluta, n el
número de moles del gas y R la constante universal de los gases. Es importante
considerar que para estudiar las propiedades de un gas es crucial evitar la presencia de
vapores (agua) en el mismo, ya que los vapores no siguen la misma ley.
Cuando a un gas se losomete a distintos procesos termodinámicos, el mismo sigue
trayectorias en un diagrama PV que son características del tipo de proceso al que es
sometido.
El cuadro siguiente indica algunos procesos usuales con sus ecuaciones características:

Física re-Creativa - S. Gil y E. Rodríguez

1

Proceso
Isotérmico
Isocórico
Isobárico
Adibático
Politrópico

Ecuación característica
P.V =constante
V = constante
P=constante
P.Vγ = constante
P.Vk = constante

Aquí g ( = cp / cv ) es el coeficiente adiabático del gas y k una constante que depende del
proceso y cuyo valor esta comprendido entre 1£k£g. Para gases ideales con v grados
de libertad (activos) por molécula se tienen: g ≅ (1+2/v).

Diseño experimental
Para este experimento es necesario disponer de un aparato quepermita medir
simultáneamente la presión, el volumen y la temperatura de gas simultáneamente.
También es necesario disponer de un sistema de toma de datos por computadora (u otro
modo automático de adquisición de datos) que pueda medir estos parámetros a una
frecuencia de por lo menos 30 Hz. El dispositivo descripto en la referencia [1], como los
equipos de compresión de gases provistos por firmascomerciales (Leybol, Pasco
(Adiabatic Gas Law Apparatus - TD 8565), etc.) son adecuados para estos
experimentos. Desde luego, otras realizaciones también son posibles.
En esencia, el equipo necesario para este experimento consiste de un cilindro con
un pistón que puede operarse manualmente para comprimir (o descomprimir) un gas,
como se ilustra esquemáticamente en la Figura 1. El mismodispone de sensores rápidos
de medición de presión P, temperatura T y volumen V, capaces de ser conectados a una
interface de conversión analógica-digital conectada a una PC. También se debe disponer
de válvulas de entrada y salida del gas.

P,T, T
P,V,V
Gas

Figura 1. Equipo de compresión con válvula y sensores de medición de P,T y V..

Física re-Creativa - S. Gil y E. Rodríguez

2Actividad 1
Calibración de los sensores de P,T y V

Ø Como primer paso para el estudio de los procesos termodinámicos a analizar,
es preciso calibrar el equipo, de modo que los datos que se registren en la
computadora puedan ser convertidos a valores de presión, volumen y
temperatura en unidades estándares. En el caso del volumen del sistema, esto
se puede lograr por medio del conocimiento...