LEY DE CHARLES Y GAY-LUSSAC (P=cte)Juan Felipe Giraldo Pinedo juan.felipe.giraldo@correounivalle.edu.coMario Alexander Daz Criollo mario.diaz@correounivalle.edu.coIgnacio Restrepo Ignacio.restrepo@gmail.com

Facultad de Ciencias Naturales y Exactas, Departamento de FsicaUniversidad del Valle Cali-ColombiaFecha de realizacin 17 de febrero de 2014Fecha de entrega 3 de marzo de 2014

Resumen

En el laboratorio de fsica realizamos el montaje del experimento, primero verificando que todos los elementos estuvieran en la mesa de trabajo. Una vez verificado esto se procedi a montar en un soporte el tubo de ensayo, y se le agreg agua. Luego se calibro el termmetro de gas para que midiera la presin atmosfrica en ese lugar, de modo que la gota de mercurio en su interior estaba a 2/3 del volumen total. Con cuidado se introdujo en el tubo de ensayo y se asegur correctamente para que se apreciara la medida de la gota de agua dentro del tubo de ensayo con agua. Una vez hecho esto se introdujo la punta del termmetro digital en el tubo de ensayo y con un mechero de alcohol calentamos el tubo de ensayo midiendo gradualmente la temperatura hasta los 90C. Una vez alcanzada esta temperatura medimos la altura de la gota de mercurio dentro del termmetro de gas; luego se apag el mechero y dejamos enfriar el tubo gradualmente y cada vez que la temperatura disminua 5C se meda nuevamente la altura de la gota de mercurio. Los datos obtenidos se ingresaron en la tabla datos obtenidos.

Introduccin

El experimento realizado se basa en la ley de charles para los gases ideales, en el cual se observara una relacin entre la temperatura y el volumen, teniendo cmo variable de entrada la, la cual se control calentando agua que se encontraba en una probeta, dnde se tena el tubo capilar con el mercurio, se tomaron los respectivos datos, y se procedi a analizarlos para encontrar una relacin con el marco terico, y as alcanzar los objetivos propuestos.Objetivos: Cmo objetivo se plantea determinar la dependencia del volumen de un gas y su temperatura a presin constante. Extrapolar los resultados obtenidos para obtener el cero absoluto en grados Celsius llevando el volumen al 0.

Marco TericoLaLey de Charles y Gay-Lussac, o simplementeLey de Charles, es una de lasleyes de los gases. Relaciona elvolumeny latemperaturade una cierta cantidad de gas ideal, mantenido a unapresinconstante, mediante una constante de proporcionalidad directa.En esta ley,Jacques Charlesdice que para una cierta cantidad de gas a una presin constante, al aumentar la temperatura, el volumen del gas aumenta y al disminuir la temperatura, el volumen del gas disminuye. Esto se debe a que la temperatura est directamente relacionada con laenerga cintica(debido al movimiento) de las molculas del gas. As que, para cierta cantidad de gas a una presin dada, a mayor velocidad de las molculas (temperatura), mayor volumen del gas.La ley fue publicada primero por Gay Lussacen1803, pero haca referencia al trabajo no publicado de Jacques Charles, de alrededor de1787, lo que condujo a que la ley sea usualmente atribuida a Charles. La relacin haba sido anticipada anteriormente en los trabajos deGuillaume Amontonsen 1702.Por otro lado, Gay-Lussac relacion la presin y la temperatura comomagnitudesdirectamente proporcionales en la llamada"La segunda ley de Gay-Lussac".Volumen sobre temperatura: Kelvin

O tambin:

Dnde:V es el volumen, T es latemperatura absoluta(es decir, medida enKelvin), k2es la constante de proporcionalidad.Adems puede expresarse como:

Dnde,= Volumen inicial= Temperatura inicial= Volumen final= Temperatura finalDespejando T, se obtiene

Despejando T, se obtiene

Despejando V es igual a:

Despejando V se obtiene:

Datos obtenidosTabla #1 Datos ObtenidosTemperatura(C)h(cm)

900,1130

850,1105

800,1090

750,1070

700,1060

650,1045

600,1035

550,1020

500,1005

450,1000

400,0990

Anlisis de datosEl volumen que ocupaba el gas dentro del termmetro se calcul mediante la siguiente ecuacin citada en la gua de laboratorio:

d: 2.7 mm (dimetro interno del termmetro)h: Altura de la gota de mercurio respecto al fondo del termmetro.Los datos del volumen se ingresaron en la tabla #2 relacin volumen temperatura.

Tabla #2 relacin volumen temperaturaTemperatura(C)h(cm)v(mm)

900,1130,64699

850,11050,63267

800,1090,62409

750,1070,61263

700,1060,60691

650,10450,59832

600,10350,59259

550,1020,58401

500,10050,57542

450,10,57256

400,0990,56683

Una vez calculados los datos del volumen procedimos a realizar el grafico donde relacionamos el comportamiento del volumen en funcin de la temperatura.

Grafico #1 Volumen Vs Temperatura

Hicimos el ajuste lineal de los datos obteniendo:Tabla #3 Datos Ajuste LinealY=mx+bValorError

intercepto0,482890,00827

pendiente0,001781,09E-04

El valor de la pendiente lo determinamos a partir de la ecuacin de los gases ideales:

Donde K es la constante de proporcionalidad.Del experimento se obtuvo que K es igual a 0.00178 mm/CP = 0.918 atmR = 0.0821 L* atm/mol *k

Realizando la extrapolacin para el volumen 0 obtuvimos cmo resultado:

Para obtener este resultado fue necesario desprecias algunos datos obtenidos debido a su carcter espurio.Discusin de datosAlgunos datos fueron desechados debido que al realizar la regresin lineal y encontrar la pendiente y el intersecto daba valores espurios los cuales no parecan tener sentido, de modo qu se tomaron los datos ms cercanos a la recta de tendencia, la relacin entre el volumen y la temperatura se ve representada en el sentido de que entre ms calor o energa se le suministre a un sistema, mayor va a ser su energa cintica o movimiento, luego los gases tienden a expandirse, qu de esta manera se ve representado con la altura que va tomando el mercurio.Para el caso del cero absoluto se obtuvo un resultado muy cercano con un error relativo porcentual de 0.68% muy cercano al verdadero valor, pero para el cual fue necesario despreciar algunos datos cmo se observa en la grfica #1 volumen vs temperatura.Calculo del error:

ConclusinSe concluy claramente que la temperatura y el volumen son directamente proporcionales, adems que hay que tener un sumo cuidado y paciencia para que los datos no se salgan de lo esperado, tampoco forzar el experimento en este caso a bajar su temperatura, se debe esperar con paciencia a que la temperatura baje hasta nivelarse con la temperatura ambiente.

Bibliografa: Raymond Chand, Qumica 6a edicin, Editorial McGraw-Hill. Pg. 328-350. Brown, Theodore L; LeMay, Eugene Jr; Bursten., Bruce E. Quimica: La Ciencia Central. 7 de, Mxico: Prentice Hall, 1998. http://fisica.udea.edu.co/~labgicm/Labratorio_Fisica_1_2012/2012_Cuantificacion%20de%20errores.pdf Gua de laboratorio ley de charles