RELACION ENTRE LAS CAPACIDADES CALORIFICAS DE UN GAS

RELACION ENTRE LAS CAPACIDADES CALORIFICAS DE UN GASQUIMICA INDUSTRIAL II

PROFESORA: Ma. Del Roci Romero Snchez

Fecha de Entrega17/02/2009

EQUIPO 4 Secuencia 4IM11IntegrantesCASTREJON URUETA GABRIEL 2008600168GIL ORTIZ FORTINO 2008600390TREJO CRUZ ABRAHAM 2007602999GIL OR

Prctica 1 Relacin entre las capacidades calorficas de un gas

Objetivo general

Determinar el valor de la relacin Cp / Cv para el aire, por el mtodo de Clement Desormes.

Objetivos particulares

1. Identificar en qu momento del experimento se lleva a cabo un proceso adiabtico, y cuando un isomtrico.2. Obtener experimentalmente al coeficiente de expansin adiabtico de un gas diatmico (aire).3. Calcular el porcentaje de error obtenido en cada uno de los intentos.

Resumen

En esta prctica se determin el valor experimental de la relacin Cp / Cv, o bien el coeficiente de expansin adiabtica para un gas diatmico (aire), con el fin de conocer ms a fondo el proceso termodinmico adiabtico, as como observar al mismo tiempo un proceso isomtrico.El mtodo utilizado fue el de Climent Desorms que consiste en hacer que un gas se expanda de forma adiabtica, y despus dejar que ste se caliente a volumen constante hasta obtener nuevamente su temperatura inicial; esto lo realizamos repetidas veces y tomamos los 10 datos ms favorables, obteniendo como errores experimentales menores al 5 %, esto debido a las fallas realizadas durante el experimento.Esta prctica es til para estudiar iniciar con el estudio de termodinmica y ejemplificar tanto la ley cero de la termodinmica como la primera ley.

TERMODINAMICA:La termodinmica es una rama de la fsica que estudia los efectos de los cambios de la temperatura, presin y volumen de los sistemas fsicos a un nivel macroscpico. En trminos generales estudia las relaciones entre los fenmenos trmicos y los fenmenos mecnicos, es decir la transformacin del calor en trabajo y viceversa.Calor significa "energa en trnsito" y dinmica se refiere al "movimiento", por lo que, en esencia, la termodinmica estudia la circulacin de la energa y cmo la energa infunde movimiento. El punto de partida para la mayor parte de las consideraciones termodinmicas son las leyes de la termodinmica, que postulan que la energa puede ser intercambiada entre sistemas fsicos en forma de calor o trabajo. Tambin se postula la existencia de una magnitud llamada entropa, que puede ser definida para cualquier sistema. En la termodinmica se estudian y clasifican las interacciones entre diversos sistemas, lo que lleva a definir conceptos como sistema termodinmico y su contorno. Un sistema termodinmico se caracteriza por sus propiedades, relacionadas entre s mediante las ecuaciones de estado. stas se pueden combinar para expresar la energa interna y los potenciales termodinmicos, tiles para determinar las condiciones de equilibrio entre sistemas y los procesos espontneos.Primera Ley de la Termodinmica: Tambin conocido como principio de conservacin de la energa para la termodinmica, establece que si se realiza trabajo sobre un sistema o bien ste intercambia calor con otro, la energa interna del sistema cambiar; esta ley permite definir el calor como la energa necesaria que debe intercambiar el sistema para compensar las diferencias entre trabajo y energa interna. Fue propuesta por Antoine Lavoisier.La ecuacin general de la conservacin de la energa es la siguiente:Eentra Esale = EsistemaQue aplicada a la termodinmica teniendo en cuenta el criterio de signos termodinmico, queda de la forma:

Un gas puede modificar su volumen por cambios en la presin o en la temperatura, lo cual constituye un proceso, y para hacerlo es necesario que intercambie energa, la relacin entre presin y el volumen para todos los procesos termodinmicos se puede presentar en forma general por la ecuacin:PV = CTE

PROCESOFUNCINVALOR DE nAPLICACIN DE n

IsobricoP=cte0PV0=P=cte

IsotrmicoT=cte1PV1=PV=cte

AdiabticoQ=0PV=PV=cte

IsomtricoV=ctePV=V=cte

Capacidad Calorfica de un Gas:La capacidad calorfica de un cuerpo es razn de la cantidad de energa calorfica transferida a un cuerpo en un proceso cualquiera por su cambio de temperatura correspondiente. En una forma menos formal es la energa necesaria para aumentar 1 K su temperatura, (usando el SI)[]Indica la mayor o menor dificultad que presenta dicho cuerpo para experimentar cambios de temperatura bajo el suministro de calor. Puede interpretarse como una medida de inercia trmica. Es una propiedad extensiva, ya que su magnitud depende de la cantidad de material en el objeto, por ejemplo, la capacidad calorfica del agua de una piscina olmpica ser mayor que la de de una cucharadita. Al ser una propiedad extensiva, la capacidad calorfica es caracterstica de un objeto en particular, y adems depende de la temperatura y posiblemente de la presin.Mtodo Experimental de Clement Y Desormes para Determinar

Consiste en hacer que un gas se expanda de manera adiabtica y despus dejar que se caliente a volumen constante hasta obtener nuevamente su temperatura.

Solo se requiere conocer la variacin de las presiones del proceso adiabtico que es (P2 P1) y la variacin de las presiones de un proceso isotrmico (P3 P1) entonces tendramos:

Material y equipoSustancia

1 garrafn de vidrio aire 1 perilla de hule 1 manmetro diferencial (con agua) 1 llave de paso 1 tapn de hule trihoradado Tubera de vidrio y ltex

DIAGRAMA DE BLOQUES.

Clculos y Resultados.

H1H2% Error

50.810.340.54050882.79411761.35906042.92425695

35.825.110.71070663.6764706

50.510.5404000879.11764711.333333334.76190476

35.525.5101000658.5294118

5115363600849.70588241.333333334.76190476

37.528.59900651.1764706

5115363600849.70588241.384615381.0989011

3828101000658.5294118

4617292900798.23529411.342592594.1005291

35.227.87.4740639.4117647

45.516.5292900798.23529411.374407581.82802979

35.527.67.9790643.0882353

2046262600776.17647061.37.14285714

30366600629.1176471

2045252500768.82352941.351351353.47490347

2935.56.5650632.7941176

21.541.820.32030734.26470591.335526324.60526316

29.134.25.1510622.5

41.721.520.22020733.52941181.364864862.50965251

34.4295.4540624.7058824

Datos requeridos para los clculos:

Valor de gama terico: 1.4Valor promedio de gama experimental: 1.347Presin atmosfrica de la CD de Mxico: 585 mm de HgDensidad del agua: 1 g/MlDensidad del Hg: 13.6 g/ml

EE= 3.78 %

Anlisis

En este experimento trabajamos al manmetro con agua. Primeramente en nuestra tabla de resultados anotamos las diferentes alturas de nuestro manmetro, en la siguiente columna se muestra una relacin para calcular la presin manomtrica en centmetros de mercurio en base a la densidad del agua, la diferencia de altura del manmetro y la densidad del mercurio. Posteriormente calculamos la presin absoluta uno, que es el resultado de la suma de la presin manomtrica y la presin atmosfrica,

Al destapar y tapar nuestro garrafn con aire (gas diatmico) en una nueva tabla obtuvimos resultados en las ramas del manmetro, anotando las respectivas diferencias de alturas, nuevamente transformamos la presin manomtrica en centmetros de mercurio y posteriormente la presin absoluta que corresponde a nuestra presin numero dos.

Con estos datos calculamos a nuestro exponente de los procesos adiabticos (gama) que se dio de la relacin de la presin uno menos la presin atmosfrica entre la presin dos menos la presin uno de nuestro experimento. Para finalizar calculamos el error experimental.

Muchos de nuestros clculos resultaron con un alto porcentaje de error debido a que no encontrbamos la manera de destapar y tapar el garrafn de forma adecuada.Sin embargo debido a las especificaciones de la profesora debimos de realizarlo las veces necesarias para que los valores reportados solo tuvieran el 5 % de erro como mximo.

Conclusiones

En esta prctica se observ el comportamiento de un gas con el que convivimos diariamente, el aire; un gas diatmico el cual nos sirvi de apoyo para estudiar la relacin entre los procesos adiabtico e isomtrico.

Se determin el valor de la relacin Cp / Cv para el aire, que es la relacin de las capacidades de calor a presin y volumen constante respectivamente, en donde Cp se refiere al proceso adiabtico que fue calculado con la presin absoluto 1 menos la presin atmosfrica; y la capacidad de calor a volumen constante que refiere a un proceso isomtrico, dicha capacidad se calcula con la diferencia de las presiones 1 y 2.

Dicho lo anterior, el mtodo utilizado para este experimento fue el de Climent Desormes, el cual consiste en hacer que un gas se expanda de forma adiabtica y despus dejar que se caliente a volumen constante hasta obtener nuevamente su temperatura inicial.

Al realizar el experimento, se tuvieron que hacer varios intentos para encontrar un mtodo el cual se ajustara mejor a nuestras necesidades, es decir, el que fuera ms viable para que nuestro error experimental fuera menor, y nuestra gama se aproximara al valor terico 1.4 que es el valor terico para los gases ditomicos.

En conclusin, se cumpli el objetivo que fue Determinar el valor de la relacin Cp / Cv para el aire, por el mtodo de Clement Desormes.

Esta prctica es til para estudiar iniciar con el estudio de termodinmica y ejemplificar tanto la ley cero de la termodinmica como la primera ley.

Cuestionario

1. En qu momento del experimento se lleva a cabo los procesos: a) adiabtico y b) isomtrico? Explique brevemente.

El proceso adiabtico se presenta cuando destapamos el garrafn y el gas sufri una expansin en el volumen y/o un enfriamiento, debido a que el volumen se redujo, las partculas ya no chocaban tanto entre s.

El proceso isotrmico se present cuando tapamos el garrafn, el gas se enfra y absorbe poca energa del medio ambiente, solo se puede percibir una pequea parte del proceso cuando las ramas de agua se tratan de nivelar. Pero en si el proceso nunca se termina, porque necesita mucho ms energa del medio ambiente para llegar a su temperatura inicial, deberamos de dejar el sistema del garrafn por mucho ms tiempo en reposo para que se acumulara la energa suficiente y las ramas llegaran a su altura original.

2. Por qu no se lleva a cabo de manera fsica el proceso isotrmico?

Porque la temperatura no se mantiene constante en todo el proceso, puesto que primero esta a temperatura ambiente, despus se enfra y para que regrese a su temperatura original se necesita mucho ms energa. Nos podemos dar cuenta de esto observando las ramas del manmetro.

3. En una expansin adiabtica el gas se enfra. Cmo explica esto si Q=0?

Porque la distancia entre las partculas aumenta, (como es una expansin el volumen esta aumentando) y esto ocasiona que haya menos choques entre las partculas de gas, por lo tanto la energa disminuye, y el gas se enfra.

4. Calcule el porcentaje de desviacin entre el valor obtenido para (promedio) en comparacin con el valor tericamente esperado.

Se encuentra en el anlisis de resultados.

5. Calcule los volmenes y las temperaturas para dos procesos de expansin de 1 mol de aire que inicialmente est a condiciones normales de presin y temperatura (CNPT), uno isotrmico y el otro adiabtico utilizando el valor obtenido para .Proceso isotrmico. n= 1 mol de aire, T = 273 k, PV=cte o P1V1=P2V2

P (atm)10.90.80.70.60.50.40.30.20.1

V (L)22.424.8827.9931.9837.3144.7755.9674.62111.93223.86

Proceso adiabtico. n = 1 mol de aire, PV = cte o P1V1 = P2V2

P (atm)10.90.80.70.60.50.40.30.20.1

V (L)22.461.6567.0673.7782.3694.95111.36136.76182.7299.75

T k273182.09176.06169.47162.16153.19143.73132.39117.996.72

6. Trace en una hoja de papel milimtrico, en los ejes P en funcin de V, los datos de las dos tablas anteriores, correspondientes a las curvas de los procesos isotrmico y adiabtico. Interprete los resultados obtenidos.

La lnea azul representa una isoterma. En debido a que existe una regularidad en su trazo, se puede apreciar que la temperatura es constante. En el caso de la lnea roja se nota claramente como la temperatura cambia, al igual que la presin y el volumen, que son las caractersticas de un proceso adiabtico

7. Qu condiciones permiten que un proceso sea adiabtico?Fundamente su respuesta en trminos de: a)rapidez de la realizacin del proceso, b) aislamiento del sistema y c) trminos de la ecuacin de la primera ley de la Termodinmica

a) Debe de ser ligeramente rpido para que se pueda dar una expansin adiabtica favorable, b) El sistema debe de ser cerrado o aislado para que el gas inicial no est en contando con la presin atmosfrica y no exista intercambio de energa.c) La ecuacin de la primera ley de la termodinmica, en este proceso se genera un trabajo calor y energa interna.

8. En un proceso adiabtico, para qu se utiliza ?

Se utiliza como constante para poder obtener las presiones, volmenes y temperaturas en procesos adiabticos. (Calcular condiciones de estado) y saber qu tipo de gas se est utilizando.

9. Describa brevemente el ciclo d refrigeracin, ilustrando su respuesta con un esquema

E Los sistemas de compresin son los encargados de la refrigeracin en un sistema; emplean cuatro elementos en el ciclo de refrigeracin: compresor, condensador, vlvula de expansin y evaporador. En el evaporador, el refrigerante lquido se evapora y absorbe calor del espacio que est enfriando y de su contenido. A continuacin, el vapor pasa a un compresor movido por un motor que incrementa su presin, lo que aumenta su temperatura (entrega trabajo al sistema). El gas sobrecalentado a alta presin se transforma posteriormente en lquido en un condensador refrigerado por aire o agua. Despus del condensador, el lquido pasa por una vlvula de expansin, donde su presin y temperatura se reducen hasta alcanzar las condiciones que existen en el evaporador.

El siguiente diagrama de presin entalpa muestra el ciclo de refrigeracin:

Bibliografa

QUIMICA GENERAL SUPERIOR5 EDICIONEDIT INTERAMERICANAPP 569 - 575

QUIMICA GENERAL UNIVERSITARIAEDIT FONDO EDUCATIVO INTERAMERICANOPP 81-82 Y 166- 180

QUIMICA BASICA PRINCIPIOS Y ESTRUCTURASEDIT LIMUSAPP 397 408