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Fis-102 Laboratorio

Ing. Humberto Murguia

DETERMINACIÓN DE LA RAZÓN DE CALORES ESPECÍFICOS DEL AIRE " "
OBJETIVO.- Determinar experimentalmente la constante " " para el aire por medio del
método de Clement y Desormes.
FUNDAMENTO TEÓRICO.- La constante " " es la relación de calores específicos del
Aire a presion y volumen constantes
= Cp/Cv= Calor específico a presión constante, sobre
Calor específico a volumen constante.
Proceso Adiabático.- Se denomina Adiabático a cualquier proceso en el cual un sistema no
pierde ni gana calor. Para realizar un verdadero proceso adiabático sería necesario que el
sistema estuviera rodeado de un perfecto aislador de calor (corcho, asbesto, ladrillo
refractario, etc...), o que el medio exterior se mantuviese siempre a la misma temperatura que
el sistema . Sin embargo, si un proceso, tal como la compresión o la expansión de un gas, se
realiza muy rápidamente, será casi adiabático, ya que el flujo calorífico hacia el sistema o
desde el sistema es lento aun en condicione favorables. Así la carrera de compresión de un
motor de gasolina o un motor de diesel es aproximadamente adiabática.
También se observa que durante un proceso adiabático puede hacerse trabajo externo sobre un
sistema o por un sistema, y que la temperatura cambia ordinariamente en tal proceso.
La relación que existe entre la presión y el volumen en una transformación adiabática es la
siguiente:
PV = Constante
Si se analizan dos puntos del proceso se tiene:
PV =P V
P
P
V
V

=
=
=
=

(Ley de Poisson)

Presión inicial
Presión final
Volumen inicial
Volumen final

Combinando esta ecuación con la ecuación de estado de un gas perfecto:
(P V)/ T = n R

Se denomina proceso isobárico al proceso que se lleva a cabo a presión constante. resultando hipérbolas los gráficos adiabáticos. cuando seguimos una adiabática de derecha a izquierda (proceso de compresión) la curva corta continuamente isotermas de temperatura cada vez mas elevadas.Cuando se recorremos una adiabática de derecha a izquierda en un diagrama P V se tiene un proceso de compresión.Un proceso isotérmico se lleva a cabo a temperatura constante. Esto es. Proceso isobárico.Cuando recorremos una adiabática de izquierda a derecha se tiene un proceso de expansión Proceso isocórico. .Fis-102 Laboratorio Ing. Humberto Murguia y además considerando que el número de moles permanece inalterable podemos escribir también: ( P V )/ T = ( P V ) / T Se pueden obtener otras dos ecuaciones posible: TV =TV (T/V) = (P/P) La expansión o compresión adiabática de un gas perfecto puede representarse mediante una gráfica P ? V. . en cualquier punto.. La curva adiabática tiene. lo que esta de acuerdo con el hecho de que la temperatura aumenta continuamente en una compresión adiabática. . una pendiente algo más pronunciada que la isoterma que pasa por el mismo punto.. en el cual también se han dibujado también isotermas a efectos comparativos. Proceso isotérmico.Es el proceso en el cual la substancia mantiene constante su volumen..

en ese momento el gas (aire seco) adquiere una temperatura T2 . Se dice que un gas se encuentra en equilibrio térmico cuando su temperatura es estable.Fis-102 Laboratorio Ing. Estas condiciones iniciales se las consigue introduciendo o extrayendo aire del botellón. Humberto Murguia Consideramos un gas (aire seco) contenido en un recipiente grande (botellón) como se muestra en la figura. una presión P2 y un volumen V2 tales que: T2 < T1 (ambiente) P2 = Po (Presión atmosférica) . esto nos indica el manómetro al estabilizarse. luego se espera hasta que la temperatura del aire se iguale a la del medio ambiente. comunicado con el exterior por medio de una llave "L" y un insuflador de aire "A". La expansión por ser tan rápida se la considera adiabática. El botellón se encuentra también conectado a un manómetro con un extremo abierto a la atmósfera. entonces el aire se expande hasta igualar su presión con la atmosférica (se estabilizan las ramas del manómetro). Se suponen las siguientes condiciones iniciales: El gas (aire seco) está cerrado en el recipiente y se encuentra en equilibrio térmico a la temperatura ambiente T1 y a una presión P1 ligeramente superior o inferior a la presión atmosférica. Se abre la llave "L" y se pone en comunicación el aire contenido en el botellón con el exterior.

Se abre la llave y el gas se expande adiabáticamente siguiendo una curva hasta llegar al punto 2.Fis-102 Laboratorio Ing. Humberto Murguia Se cierra la llave "L" inmediatamente que la presión del aire en el botellón ha igualado a la presión atmosférica. es decir un proceso isocórico. Este proceso se realiza a volumen constante.Lussac para un gas ideal y bajo nuestras condiciones tenemos: P/T=P/T T/T=P/P Remplazando en la ultima ecuación se tiene: (P/P) = (P/P) . Para un proceso isocórico. Se cierra la llave y se lleva a cabo el proceso isocórico del punto 2 al f donde el gas alcanza la temperatura ambiental T1 y la presión final Pf . Por lo tanto las condiciones finales del gas son : Tf =T1 Vf = V2 Pf = Presión final DIAGRAMA P – V DE LOS PROCESOS. según la ley de Gay. entonces el gas contenido en el botellón volver lentamente a la temperatura ambiental T1 recibiendo calor del exterior hasta alcanzar una presión Pf . El punto 1 corresponde al inicio del proceso.

Humberto Murguia Aplicando logaritmos y despejando tenemos : = ( log P – log P ) / ( log P .log P ) Para medir las diferencias de presión se utiliza un manómetro.. H= P H / P )) . A continuación se muestra de manera gráfica el comportamiento del manómetro para los diferentes puntos del experimento: A) P + H=P B)P = P C)P + P = P ( 1 + ( H / P )) P=P(1+( Sacando logaritmos a ambas expresiones: Log P = log P + log ( 1 + ( H / P)) Log P = log P + log ( 1 + ( H / P )) Desarrollando la serie: Log ( 1 + ( H/ P )) = H / P – ½ ( Despreciando los términos superiores se reduce a: H / P ) + …… .Fis-102 Laboratorio Ing. Cuando existe una diferencia de presión el líquido se desnivela. es decir una rama baja y la otra sube. que no es nada más que un tubo en forma de "U" que contiene un líquido manométrico de peso específico ?1 . uno de sus extremos va conectado por una manguera al botellón y el otro abierto a la atmósfera.

se procedió a medir la altura H. Humberto Murguia Log ( 1 + ( H / P )) = H / P Entonces: Log P = log P + H/P Log P = log P + H/P Remplazando estas dos ultimas ecuaciones en la ecuación final que se obtuvo en el proceso isócoro. Se cerro la llave "L" y se espero hasta que el líquido manométrico se estabilice. Primero se abrió la llave "L" y mediante la perilla de goma insuflamos aire lentamente en el botellón hasta que la diferencia de alturas en las ramas del manómetro fueran apreciables..Mangueras de conexión.Manómetro con escala . que era la diferencia existente en líquido manométrico. . para luego medir la nueva altura H2 . y se espero a que se estabilice en el manómetro. PROCEDIMIENTO. . .Un botellón.Fis-102 Laboratorio Ing. se obtiene: = H/(H–H) En el laboratorio el proceso de expansión no es rigurosamente adiabático por que le gas (aire seco) recibe calor aunque en muy pequeña cantidad cuando la llave "L" se encuentra abierta Además no se toma encuentra una pequeña perdida del número de moles que afectaría de forma despreciable al resultado final.Insuflador de aire . Luego de nuevo se abrió la lave "L" y se cerro después de la primera oscilación de la columna líquida.Para este experimento se utilizó : . se repitió el mismo procedimiento diez veces.

34 2.La tabla que se saco para la obtención de gama fue la siguiente : N H1 (cm)  H2 (cm)                                           E   Er   Ep   CUESTIONARIO.¿Qué particularidades presenta un gas perfecto? ..Para los gases monoatómicos como el He y el A su valor es de 1. Humberto Murguia CÁLCULOS .67 Para los gases diatómicos como el CO o el O2 el valor de gamma es de 1.40 Para los gases poliatómicos como ser el CO2 es de 1. pero varia con respecto al gas que se utilice.3 .Fis-102 Laboratorio Ing.29 y para el H2 S es de 1. por ejemplo para el S O2 el valor de gamma es de 1.1. diatómicos y poliatómicos? R...- ¿Qué valor tiene ? para gases perfectos monoatómicos.

Primero cabe recalcar que la energía interna de un gas perfecto depende solamente de su temperatura.. ocupe un volumen grande o pequeño.En un gas perfecto sus partículas poseen trayectorias rectilíneas..¿Qué se entiende por energía interna de un gas? R. 4.. el choque entre moléculas es un choque elástico. . Humberto Murguia R.El cero absoluto es la temperatura más baja que pueden medir los termómetros en escalas Kelvin y Rankine.Fis-102 Laboratorio Ing. y su volumen es el mismo que el recipiente que lo contiene. que por cierto son la misma temperatura.¿Qué es el cero absoluto? R.. 3..