informe sobre práctica virtual de laboratorio: gases ideales

Centro Universitario de: Perodo:

COMAYAGUA TERCERO

Asignatura: Cdigo Seccin:

FSICA II FS200 1401

Catedrtico:

ING. JUAN CARLOS FIALLOS

NOMBRE DEL ESTUDIANTE NMERO DE CUENTA

NGEL MOISS GARCA ZEPEDA 2011 1900 175

Fecha de realizacin de la prctica:

MARTES, 6 DE NOVIEMBRE DE 2012

Fecha de entrega del informe sobre la prctica:

VIERNES, 16 DE NOVIEMBRE DE 2012

UNAH CURC FSICA II INFORME SOBRE PRCTICA VIRTUAL DE LABORATORIO: GASES IDEALES

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTNOMA DE HONDURAS PGINA 1 DE 17 CENTRO UNIVERSITARIO REGIONAL DEL CENTRO

INTRODUCCIN

En la presente prctica se llev a cabo, en primer lugar, un estudio sobre las influencias de la presin, temperatura y cantidad de molculas en un gas ideal y cmo stas afectan o inciden en el volumen ocupado por dicho gas, auxilindose de una animacin que posibilita cambiar todas los parmetros antes mencionados, exceptuando al volumen. Posteriormente

se le explicar ms detalladamente la correcta funcionalidad

de los applets aqu empleados. En la segunda animacin se aplican o analizan los conceptos del Ciclo de Carnot. Este applet permite modificar los valores referentes a cada uno de los cuatro procesos; en este caso, nombrados convenientemente a, b, c y d; respecto a temperaturas, volmenes y presin. Ms adelante se indicarn las unidades de medicin utilizadas en cada applet en cuestin y todo lo imprescindible a esto.

OBJETIVOS

Continuacin del empleo de simulaciones de computadora, en este caso, applets para desarrollar una mayor comprensin de su importancia y beneficios en el estudio de fenmenos fsicos.

Llegar a conocer mejor las influencias individuales y conjuntas de la cantidad de molculas, la presin y la temperatura en el volumen de un gas ideal.

Dar una demostracin visual y grfica de un ciclo de Carnot y cmo varan los volmenes, presiones y temperaturas a lo largo de los procesos y cambios dados entre cada uno.



MARCO TERICO

GAS Estado de agregacin de la materia que bajo ciertas condiciones de temperatura y presin permanece como tal.

Las molculas que lo componen casi no son atradas unas por otras, por lo que se mueven en el vaco a gran

velocidad y muy separadas unas de otras, explicando as las caractersticas o propiedades:

Fcilmente compresibles, debido a los espacios vacos entre unas y otras molculas Adoptan la forma del recipiente que los contiene. Ocupan por completo el volumen de su recipiente contenedor. Las fuerzas gravitatorias y de atraccin entre las molculas son despreciables.

GAS IDEAL Un gas ideal es un gas terico conformado por un conjunto de partculas puntuales con desplazamiento

aleatorio sin interaccin entre s, es decir, sin atraccin ni repulsin entre ellas y cuyos choques son

perfectamente elsticos.

En condiciones normales tales como condiciones normales de temperatura y presin, la mayora de los gases

reales se comportan en forma cualitativa como un gas ideal, pero los que ms se aproximan al comportamiento

del gas ideal son los gases monoatmicos en condiciones de baja presin y alta temperatura.

LEY DE LOS GASES IDEALES Esta ley describe el comportamiento de los gases ideales, con las caractersticas antes citadas.

La teora atmica de la materia define los estados, o fases, de acuerdo al orden que implican. Las molculas

tienen una cierta libertad de movimientos en el espacio. Estos grados de libertad microscpicos estn asociados

con el concepto de orden macroscpico. Las molculas de un slido estn colocadas en una red, y su libertad

est restringida a pequeas vibraciones en torno a los puntos de esa red. En cambio, un gas no tiene un orden

espacial macroscpico. Sus molculas se mueven aleatoriamente, y solo estn limitadas por las paredes del

recipiente que lo contiene.

Para los gases ideales hay una ecuacin que describe con claridad y normalmente la relacin entre presin, volumen,

temperatura y cantidad de materia (en moles):

Donde:

P: Presin absoluta V: Volumen T: Temperatura absoluta

R: Constante universal de los gases n: Nmero de moles de gas



TIPOS DE PROCESOS TERMODINMICOS Los procesos termodinmicos pueden ser de varios tipos segn lo que se mantenga constante:

Proceso adiabtico: Aquel en el que no entra ni sale calor del sistema.

Proceso isocrico: El que se efecta a volumen constante.

Proceso isobrico: El realizado con presin constante.

Proceso isotrmico: El llevado a cabo a temperatura constante.

CICLO DE CARNOT

Es un ciclo reversible que se

compone de cuatro tramos

o procesos: Dos isotrmicos

y dos adiabticos, lo cual

significa o implica un

transformacin entre dos

temperaturas.

El rendimiento terico,

como ocurre en todas las

transformaciones entre dos

temperaturas, est dado

por la ecuacin:



DESCRIPCIN DE EQUIPO Y MATERIALES A seguir se describe brevemente los materiales requeridos para llevar a cabo esta prctica:

Gua o instructivo para la prctica

Cualquier computador preparado para con

acceder a Internet y con Java instalado y actualizado

Cualquier calculadora cientfica.

Cuadernos de Fsica con el tema

Hojas de papel en blanco tamao oficio

Adems de un lpiz grafito y un borrador.

PROCEDIMIENTO Y DATOS EXPERIMENTALES

A continuacin se mostrarn los procedimientos y datos recopilados por cada applet, claro que tras dar una

explicacin sobre los funcionamientos de cada uno donde corresponda.

(Obtendr ms informacin sobre esto en las prximas pginas)



APPLET 1: INFLUENCIA DE PRESIN, VOLUMEN, CANTIDAD DE MOLCULAS

Y TEMPERATURA EN UN GAS IDEAL

ACCESO Y USO DEL APPLET.

1. Ante que todo ingrese a la direccin web: http://perso.wanadoo.es/cpalacio/GasesIdeales2.htm, all hallar la primera animacin donde podr observar un gas, constituido de una pequea cantidad de

molculas, con el objetivo de apreciar los desplazamientos de ellas, dentro de un cilindro con un pistn

mvil (Izq.), un termmetro, conectado a ste, un recipiente pequeo (Der.) que posibilita el variar la

cantidad del gas (amarillo) hacia el interior del cilindro.

2. Las barras de desplazamiento situadas debajo permiten variar temperatura (T), presin (P) y el nmero de molculas del gas (N).

3. El pistn del cilindro ascender o descender segn las condiciones que usted fije en las barras de desplazamiento descritas en el paso anterior.



PROCEDIMIENTO Y DATOS EXPERIMENTALES

1. Empiece con los valores T=50, P=15 y N=30 y fjese en el movimiento del pistn.

2. Conforme cambian las otras variables y observando atentamente los valores generados por el applet para

el volumen, haga un anlisis de los procesos que se le dan:

a. Proceso isobrico con P=15, modifique la temperatura de acuerdo a la tabla y deje por escrito los volmenes donde corresponde.

TEMPERATURA VOLUMEN

25 39.5

50 82

75 123

100 162

125 203

150 245

b. Proceso isotrmico con T=50, vare la presin segn lo indicado y registre los volmenes.

PRESIN VOLUMEN

10 122

20 61

30 39

40 30

49 27

c. Cambie la cantidad de gas, primero establezca dicha cantidad en N=15 y luego en N=45, mantenga constantes P y T conforme se le indique, y nuevamente deje registro del volumen para cada caso.

TEMPERATURA PRESIN N VOLUMEN

60 30 15 23

45 75



APPLET 2: CICLO DE CARNOT

ACCESO Y USO DEL APPLET.

1. Dirjase al sitio web con enlace: http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/estadistica/carnot/carnot.htm

2. Tmese su tiempo para efectuar el anlisis puesto que se cuenta con una significativa cantidad de informacin sobre variables, ms concretamente:

a. Las variables utilizadas son P (presin), V (volumen) y T (temperatura) para los procesos nombrados A, B, C y D, siendo algunas manejables y otras ya dadas por los procesos, sus unidades se indican en

parntesis, cuide de considerarlas ms adelante, lo necesitar.



Estos son los estados anteriormente menciones e indicados por las maysculas:

b. Al lado izquierdo de la pantalla del applet se brinda informacin

referente a las variables necesarias para la formulacin de la

Primera Ley de la Termodinmica. Lo colores para W y Q

representan los signos positivos (azul) o negativos (rojo) que

manifiestan estas variables dependiendo del proceso del que

hagan referencia, adems se dan sus valores instantneos.

Aprcielo en la captura de pantalla ms a la derecha.

c. El diagrama para el ciclo incluye un punto mvil rojo que se desplaza y seala el estado por el cual transita. Este corresponde

(como se ve en el diagrama P-V) al movimiento del pistn a la

izquierda y a la derecha en el cilindro.

d. El gas tambin es perceptible a travs de los puntos de color azul alojados en el interior. Finalmente, es posible seleccionar el

tipo de molculas del gas de trabajo.



PROCESAMIENTO DE DATOS Y CLCULOS

Asimismo como en Procedimientos y Datos Experimentales esta parte se mostrar separada segn la

animacin correspondiente.

APPLET 1: INFLUENCIA DE PRESIN, VOLUMEN, CANTIDAD DE MOLCULAS Y

TEMPERATURA EN UN GAS IDEAL

GRFICA V VS T PARA EL PROCESO ISOBRICO

Explicacin del porqu de la forma de la curva obtenida.

Ya que es un proceso isobrico, es decir, a presin constante, la recta generada se debe a que la temperatura es

directamente proporcional al volumen (TV). Este proceso posee seis isotermas, por regla general se dice

que conforme stas se alejan del origen la temperatura ha de aumentar.



Significado del valor de la pendiente

Calcule la pendiente y explique qu significado fsico tiene ese valor que calcul

P 1.632, al ver con detenimiento la tabla observaremos que conforme la temperatura se incrementa el volumen tambin, ms o menos al doble, lo cual tiene por significado que la temperatura es Aprox. doblemente

proporcional al volumen (T=2V).

GRFICA P VS V PARA EL PROCESO ISOTRMICO

Explicacin del porqu de la curva obtenida

La anterior curva es una isoterma debo a que la temperatura se mantiene constante durante el proceso. Posee

esa forma ya que es una funcin racional y a la vez exponencial, tiene tanto asntota horizontal como vertical.



GRFICA P VS V-1

Explicacin del porqu de la curva obtenida

La pendiente es Aprox. 0.00076320618, al fijarnos en la grfica y discernir los valores conseguidos notaremos

un aumento en el volumen cuando la presin disminuye. Lo cual quiere decir que el volumen es inversamente

proporcional a la presin y viceversa.

CLCULOS DE VOLUMEN PARA CADA UNO DE LOS PROCESOS (A, B Y C) Y COMPARACIN

CON LOS DATOS OBTENIDOS EXPERIMENTALMENTE.

a. Proceso isobrico con P=15

TEMPERATURA VOLUMEN (APPLET) VOLUMEN (TERICO)

25 39.5 41

50 82 82

75 123 123

100 162 164

125 203 205

150 245 246



b. Proceso isotrmico con T=50

PRESIN VOLUMEN (APPLET) VOLUMEN (TERICO)

10 122 121

20 61 62

30 39 40

40 30 31

49 27 25

c. Cambie la cantidad de gas, primero establezca dicha cantidad en N=15 y luego en N=45

TEMPERATURA PRESIN N VOLUMEN (APPLET) VOLUMEN (TERICO)

60 30 15 23 24

45 75 74

Explicacin del porqu de lo ocurrido con los valores del volumen

Las diferencias se quizs se deben a errores de aproximacin ya sean originados por la calculadora o de la

animacin y al hecho de que los volmenes anotados ms bien son promedio de una cantidad desigual de

distintos volmenes, que tenan ligeras variaciones conforme se daban los procesos. Lo anterior se puede

resumir en el volumen no es estable, sufre ligeros cambios.



APPLET 2: CICLO DE CARNOT

ANLISIS DEL CICLO UTILIZANDO LOS VALORES INICIALES QUE YA PRESENTA EL APPLET

En el proceso AB la temperatura se mantiene constante, puesto que es isotrmico, la disminucin de sta inicia

de B a C, lo cual indica que la temperatura mayor es la del foco caliente en lugar de ser la del foco fro, lo cual s

debera ocurrir. Al ser una compresin a igual temperatura o isotrmica, es imposible variar manualmente el

volumen de C y D, lo que lleva a que el volumen se reduzca desde C hasta D. nicamente nos est permitido

cambiar el valor de la presin A, lo que significa que podemos nada ms variar los puntos de partida y final del

ciclo, el resto de variables y sus valores son generados por el applet sin necesitar nuestra intervencin directa.

CONSTRUCCIN DE DOS CICLOS CON UNA EFICIENCIA DEL 18%

Primer ciclo

( ) ( )( )

Segundo ciclo

( ) ( )( )



Datos del applet

Con los datos anteriores:

ESTADOS TEMPERATURA (K) VOLUMEN (L) PRESIN (ATM)

A 450 3 101.137

B 450 9 33.712333

C 369 12.120533 20.526903

D 369 4.0401777 61.580710

RESPUESTAS Y CLCULOS PARA ALGUNAS DE LAS INTERROGANTES DEL CUESTIONARIO

Razones por las cuales los valores de P, V y T, nicamente en los estados que pide el applet y no en

todos, son ms que necesarios y nmero de moles hacia el interior del cilindro

La principal razn es porque se puede hacer uso de las frmulas para cada uno de los procesos. Y

de

( ) ( )

( )( )

Demostracin mediante la primera ley de la termodinmica de porqu se absorbe calor en el

proceso AB y porqu se desprende en CD

Proceso AB

( ) ( ) ( ) ( )

Calor absorbido



Proceso CD

( ) ( ) ( ) ( ) (

)

Calor cedido o perdido .

Eleccin de un gas monoatmico o diatmico y su influencia

El hecho de si el gas est compuesto de molculas de un solo tomo o dos no ejerce influencia en los valores

obtenidos puesto que el applet sea asegura de cambiar los valores de la compresin a igual temperatura de

modo que los resultados y datos ingresados sean iguales.

Tal como se realiza el ciclo es de una mquina trmica o de un refrigerador? Respecto al trabajo

neto, en qu difiere uno del otro?

El ciclo tal como se realiza pertenece a una mquina trmica no a un refrigerador. El trabajo W con una

diferencia de temperatura T = 400 K tiende, o se acerca mucho, o se aproxima a ser la octava parte del trabajo

neto.



DISCUSIN GENERAL

A varias de las instrucciones descritas en el material del laboratorio les faltaron claridad y ms detalles, en algunas no se saba exactamente lo buscado o pedido.

En la animacin de gases ideales, la diferencia entre datos tericos y datos prcticos o del simulador fue bastante pequea, pero para que eso sea as es requerido ver las variaciones del volumen durante un

tiempo y buscar el valor ms pequeo y el ms grande, luego sacarle el promedio de ambos y ese dato

se anota en las tablas correspondientes.

No hubo problemas respecto a las condiciones de la prctica, es decir, al ser sta virtual, se eliminan muchos otros factores que podan haber creado ms variaciones. El hecho de realizarse por simulacin

facilita el controlar mejor las condiciones del experimento y los resultados.

Pudo haber sido til una explicacin general previa a la realizacin de los experimentos, quizs con ella el tiempo se habra aprovechado mucho mejor y las dudas habran sido menos.

CONCLUSIONES

A pesar de que en un proceso termodinmico para un gas ideal, alguna de sus variables, sea sta presin, temperatura o cantidad de molculas, sea constante, el volumen no se mantiene exactamente

constante, en todo tiempo vara ligeramente producto del movimiento aleatorio de las molculas y sus

efectos.

Las animaciones por ordenador facilitan la realizacin de experimentos y el estudio de diversos fenmenos, puesto que son ms econmicos y fciles de montar, y adems, los errores en cierta forma

son ms predecibles.

Es interesante cmo en los gases ideales los cambios en las variables y relaciones de proporcionalidad entre algunas de ellas pueden representarse bastante bien con funciones matemticas.

Un determinado valor para la eficiencia no est confinado a un nico ciclo de Carnot, es decir, existe la posibilidad de hallar distintos ciclos con la misma o muy cercana eficiencia.



BIBLIOGRAFA

SITIOS WEB

http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/estadistica/carnot/carnot.htm http://perso.wanadoo.es/cpalacio/GasesIdeales2.htm http://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_los_gases_ideales http://es.wikipedia.org/wiki/Gas_ideal http://es.wikipedia.org/wiki/Gas

LIBROS

FSICA UNIVERSITARIA, 12 EDICIN de Francis W. Sears, Roger A. Freedman, Hugh D. Young y Mark W. Zemansky

OTRAS FUENTES

MICROSOFT STUDENT ENCARTA 2009, enciclopedia de consulta

PortadaIntroduccinObjetivosMarco TericoGasGas idealLey de los gases idealesTipos de procesos termodinmicosCiclo de CarnotEs un ciclo reversible que se compone de cuatro tramos o procesos: Dos isotrmicos y dos adiabticos, lo cual significa o implica un transformacin entre dos temperaturas.

Descripcin de Equipo y MaterialesProcedimiento y Datos ExperimentalesApplet 1: Influencia de presin, volumen, cantidad de molculas y temperatura en un gas idealAcceso y uso del applet.Procedimiento y datos experimentales

Applet 2: Ciclo de CarnotAcceso y uso del applet.

Procesamiento de Datos y ClculosApplet 1: Influencia de presin, volumen, cantidad de molculas y temperatura en un gas idealGrfica V vs T para el proceso isobricoExplicacin del porqu de la forma de la curva obtenida.Significado del valor de la pendiente

Grfica P vs V para el proceso isotrmicoExplicacin del porqu de la curva obtenida

Grfica P vs V-1Explicacin del porqu de la curva obtenida

Clculos de volumen para cada uno de los procesos (a, b y c) y comparacin con los datos obtenidos experimentalmente.Explicacin del porqu de lo ocurrido con los valores del volumen

Applet 2: Ciclo de CarnotAnlisis del ciclo utilizando los valores iniciales que ya presenta el appletConstruccin de dos ciclos con una eficiencia del 18%Primer cicloSegundo cicloDatos del applet

Respuestas y clculos para algunas de las interrogantes del cuestionarioRazones por las cuales los valores de P, V y T, nicamente en los estados que pide el applet y no en todos, son ms que necesarios y nmero de moles hacia el interior del cilindroDemostracin mediante la primera ley de la termodinmica de porqu se absorbe calor en el proceso AB y porqu se desprende en CDEleccin de un gas monoatmico o diatmico y su influenciaTal como se realiza el ciclo es de una mquina trmica o de un refrigerador? Respecto al trabajo neto, en qu difiere uno del otro?

Discusin GeneralConclusionesBibliografaSitios webLibrosOtras fuentes

informe sobre práctica virtual de laboratorio: gases ideales

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