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Guía de Laboratorio N0 3
FIS-109
Física para ciencias
Ley de Boyle
Objetivos
Determinar experimentalmente la relación que existe entre la presión y el volumen
de un gas a temperatura constante.
Introducción
Para describir el comportamiento de un gas necesitamos cuatro cantidades
medibles; la presión, el volumen, el número de moléculas o su equivalente en
moles y la temperatura. Esas cuatro variables determinan el estado de una
muestra de gas.
Tras varios experimentos a temperatura constante en los que se modificaba el
volumen de un gas y se registraba su presión, Robert Boyle (1627-1691) encontró
la relación entre estas variables y formulo la ecuación de estado para los gases
ideales, más conocida como Ley de Boyle:
Con
ó
.
De donde se puede rescatar que la presión de un número constante de moléculas
de un gas a temperatura constante es inversamente proporcional al volumen
ocupado por este.
Experimento
Materiales
-
Sensor de presión PASCO.
Jeringa.
Computador con interfaz PASCO y software DATA STUDIO.
Montaje Experimental
1. Armar el sistema de la figura 4.1, conectando el sensor de presión a la
jeringa.
Figura 4.1: Montaje experimental.
2. Conecte el sensor de presión al canal análogo A de la interfaz PASCO.
Procedimiento
1. Conectar el sensor de presión al canal A de la Interfaz PASCO.
2. Abrir el programa Data Studio.
3. Crear un nuevo experimento y agregar el sensor correspondiente al sensor
de presión absoluta (Pressure Sensor Absolute).
4. Hacer click en Opciones (Options) y activar la opción para ingresar datos
por teclado Teclado (Keyboard). En el casillero Nombre (Name) ingresar
“volumen” y en casillero Unidades (Units) ingresar “cc”. Presionar Ok.
5. Presionar el botón Calculadora (Calculate) e ingresar la fórmula para que
el computador calcule el inverso del volumen. Para ello definir la variable
y=1/x, dónde la variable x debe quedar definida como volumen.
6. Ubicar el pistón de la jeringa en la posición inicial (18cc), luego conectar la
jeringa al sensor de presión y desplazar el pistón lentamente hasta 16cc.
7. Iniciar la recolección de datos presionando Inicio (Start).
8. Presionar Mantener (Keep) y se abrirá una ventana en la cual se debe
ingresar el primer dato correspondiente al volumen 16cc.
9. Desplazar lentamente la jeringa de a 1cc a la vez y esperar 5 segundos
antes de registrar el siguiente dato con el botón Mantener (Keep). Repetir
hasta llegar a los 6cc.
NOTA: Lo más probable es que al bajar de los 10cc le cueste
desplazar el pistó debido al aumento de presión.
Asegúrese de no desplazar el pistón de la jeringa más allá de los
5cc, so pena de destruir el sensor de presión.
Análisis
1. Obtener el gráfico Presión v/s volumen. ¿Qué representa físicamente la
curva de éste gráfico? Explicar
2. Obtener el área bajo la curva del gráfico Presión v/s volumen. Interpretar
físicamente este resultado.
(Para obtener el área bajo la curva debe presionar
, y seleccionar Área.)
3. Obtener el gráfico de Presión v/s 1/V (variable y). Obtener e interpretar el
valor de la pendiente.
4. Obtener el número de moles de aire encerrado en el cilindro, a partir del
área del gráfico Presión v/s volumen.
NOTA: Recordar que el trabajo realizado por el pistón está dado por
∫
.
Además, recordar que ∫
.
5. Calcular el número de moles a partir de la pendiente del gráfico Presión v/s
1/V.
6. Comparar los resultados obtenidos en 4 y 5. Explicar la razón de la
diferencia entre estos.
7. Obtener la masa del gas encerrado a partir de los resultados obtenidos
anteriormente.
8. En el proceso de empujar el pistón de la jeringa, ¿El aire realiza trabajo
positivo o negativo? Justifique.