8/6/2019 Expansin volumtrica de lquidos y gases

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Expansin volumtrica de lquidos y gases

Objetivos:

General:

-Calcular el volumen final del agua y del aire debido a su expansin por la variacin de

la temperatura.

Especficos:

-Estudiar y analizar el fenmeno de dilatacin volumtrica del aire y del agua.

-Identificar en que interviene el volumen de los materiales con su coeficiente de

expansin volumtrica.

Introduccin:

Un sistema en equilibrio puede describirse mediante propiedades termodinmicas

medibles como la temperatura, la presin y el volumen. Es posible identificar yrelacionar entre s muchas otras variables como la densidad, el calor especfico, la

comprensibilidad o el coeficiente de expansin trmica, con lo que se obtiene una

descripcin ms completa de un sistema y de su relacin con el entorno. Cuando un

sistema pasa de un estado de equilibrio a otro, se dice que tiene lugar un proceso

termodinmico. Las leyes o principios de la termodinmica, descubiertos en el siglo XIX

a travs de detalladas experiencias, determinan la naturaleza y los lmites de todos

estos procesos.

Enfocndose en en los lquido y los gases, estos no tienen una forma definida y es por

esto que se habla nicamente del fenmeno termodinmico de expansin volumtricadebido a las variaciones de temperatura. En el caso de los gases todos tienen un

comportamiento casi idntico e independiente de su naturaleza. Este comportamiento

se estudia a travs de las variables inicialmente mencionadas, siendo estas las que

determinan su estado. En el caso general, temperatura, presin y volumen, pueden

modificarse simultneamente, pero es usual estudiar previamente el comportamiento

del gas cuando permanece constante uno de los parmetros y varan los otros dos.

Llegando al caso del agua dentro de los lquidos especficamente, su expansin es un

tanto anmala en el rango de temperatura 0 a 4 C donde al reducir la temperatura en

vez de contraerse, la masa de agua se dilata. Este suceso un tanto extrao es lo que

permite la vida en las masas de agua en las pocas extremadamente fras. Pero a

exclusin de este rango de temperatura el agua se comporta como todos los dems

materiales, que al aumentar su temperatura se dilatan y al disminuirla se contraen.

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Infiriendo as la importancia del parmetro conocido como volumen. El cual se hallar

para cada caso mediante el aumento de la temperatura y los respectivos registros de

informacin.

Introduction:

A system in equilibrium can be described by measurable thermodynamic properties

such as temperature, pressure and volume. It is possible to identify and establish

relationships between other variables such as density, specific heat, the compressibility

or thermal expansion coefficient, which gives a more complete description of a system

and its relationship with the environment. When a system passes from one steady state

to another, is said to have held a thermodynamic process. The laws or principles of

thermodynamics, discovered in the nineteenth century through the experiences

detailed, determine the nature and limits of all these processes.

Focusing on the liquid and gases, they do not have a definite shape and that is why wetalk only of thermodynamic phenomenon of volume expansion due to temperature

variations. In the case of all gases behave almost identical and independent of their

nature.This behavior is studied through the variables initially mentioned, which are the

determining their status. In the general case, temperature, pressure and volume can be

changed simultaneously, but it is usual first studying the behavior of gas remains

constant when one of the parameters and vary the other two.

Coming to the case of liquid water within specifically, its expansion is somewhat

anomalous in the temperature range 0 to 4 C where the temperature decrease rather

than contract, the mass of water expands. This event is a bit strange is what makes lifein bodies of water in extremely cold periods. But excluding this temperature range water

behaves like all other materials that the increase in temperature to expand and contract

decrease.

Thus inferring the importance of the parameter known as volume.Which will be found for

each case by increasing the temperature and the respective data records.

Marco terico:

Cuando se estudia el termmetro se aprovecha para explicar uno de los cambios ms

conocidos que ocurren en una sustancia: conforme aumenta su temperatura aumenta

su volumen. (En algunas sustancias ocurre al revs, pero en la mayora no). Este

fenmeno es conocido como Expansin Trmica, y desempea un papel muy

importante en las aplicaciones de la ingeniera.

Por ejemplo, las uniones de expansin trmica deben incluirse en puentes y en algunas

otras estructuras para compensar los cambios en las dimensiones con las variaciones

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de temperatura. La expansin trmica total de un cuerpo es una consecuencia del

cambio en la separacin promedio entre sus tomos o molculas constituyentes.

Por ejemplo a temperaturas ordinarias los tomos vibran en torno de sus posiciones de

equilibrio con una amplitud de aproximadamente 10^11 m y a una frecuencia cercana

a 10^13 Hz. El esparcimiento promedio entre los tomos es casi de 10 a la 10m. A

medida que la temperatura aumenta, el tomo vibra con amplitudes ms grandes y se

incrementa la separacin promedio entre ellos. En consecuencia el material se

expande.

Existe la dilatacin lineal y superficial propia de los slidos y la dilatacin volumtrica

propia de slidos, lquidos y gases, pero en especial de los dos ltimos debido a que

su forma no est especificada.

(Esto va escrito como texto en el marco terico aqu donde lo he puesto)

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Tabla?.? Extrada de wikipedia

El lquido ms comn, el agua, no se comporta como los otros lquidos. Entre 0 y 4C

el agua lquida se contrae al ser calentada, y se dilata por encima de los 4C, aunque

no linealmente. Sin embargo, si la temperatura decrece de 4 a 0C, el agua se dilata

en lugar de contraerse. La densidad del agua tiene un mximo a 4C, donde su valor

es de 1 000 kg/m3. A cualquier otra temperatura su densidad es menor. Este

comportamiento del agua es la razn por la que en los lagos se congela primero la

superficie, y es en definitiva lo que hace posible la vida subacutica.

Por otra parte el primer estudio de la variacion isobrica del volumen con la

temperatura lo hizo J . CHARLES (1787) y lo verifico GAY LUSSAC (1802). Quienes

postulaban que

entre todos los cuerpos, los gases son aquellos en que mas fcilmente puede

comprobarse la dilatacin por efecto del calor. Se dice que los gases al someterse al

calor, muestran una expansin mayor y mas regular que los slidos y los lquidos.Un sistema gaseoso esta definido cuando sus variables, presin, temperatura, volumen

y masa tienen valores definidos. Para poder definir el estado de un sistema gaseoso

sin necesidad de medir todas sus variables, se hace uso de ecuaciones matemticas,

las cuales relacionan unas variables en funcin de otras. Estas relaciones se

denominan ecuaciones de estado, las que pueden obtenerse observando el

comportamiento del sistema bajo condiciones dadas:

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PV=nRT

Procedimiento y montaje:

Materiales:

Matraz Erlenmeyer

Termmetro

Corcho

Manguera

Agua

Aire

Mechero Maker

Espacio para dibujo (8.5 cms ancho, 8 cms alto)

Gas

1.Se mide el volumen inicial del gas (aire) en el Erlenmeyer

2. Se conecta la manguera al Erlenmeyer por medio de un corcho.

3. En el otro orificio del corcho se pone el termmetro.

4. Despus de tener este montaje se introduce un poco de agua a la manguera y se

somete al fuego.

5. Se calcula el volumen final del aire y tambin el rea de la manguera, cuando se ha

evaporado el agua que se introdujo a la manguera.

Espacio para dibujo (9cms ancho, 4 cms alto)

Lquido

Para los lquidos es muy similar el procedimiento.

1. Se llena el Erlenmeyer con agua.

2. Se introduce un poco de agua en la manguera.

3. Se une el Erlenmeyer a la manguera.

4. Se expone al fuego.

5. Se calcula el volumen final del agua cuando se ha evaporado el agua en la

manguera.

Espacio para dibujo (6.5cms ancho, 4 cms alto)

Anlisis fsico:

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Del desarrollo experimental para la obtencin del coeficiente de expansin del aire, se

puede concluir lo siguiente:

Tomando como base la ley de CHARLES - GAY LUSSAC, se esperaban unas

mediciones aproximadamente constantes o uniformes ( a lo menos 1 C y a lo mas 1.5

C de diferencia ), pero en el momento de estar tomando las mediciones en la bureta

de gases, estas no presentaban la uniformidad esperada. De lo anterior el equipo

llego a la conclusin de que la inconsistencia se debi principalmente a una o varias

fugas del gas en el sistema, esto es algo difcil de confirmar ya que a simple vista

el equipo parece estar en buenas condiciones, as tambin en el instante de armar la

manguera de ltex y el tapn estos parecieron cerrar hermticamente. Por lo tanto

para el equipo parece ser la respuesta mas probable a la inconsistencia de las

mediciones.

En lo concerniente a el coeficiente de dilatacin, el valor 0.003663 1 / C es el aceptado

como valor medio o promedio para la realizacin de practicas de "gases ideales", pero

como en la realidad no existe tal gas, un gas se comporta de manera tanto masparecida a un gas ideal cuanto mas se alejan su presin y temperatura de las

condiciones en que puede pasar al estado liquido. Tambin se encontr que un

fsico de nombre REGNOULT3, realizo mediciones para encontrar el coeficiente de

dilatacin en el aire ( 0.003670 1 / C ), con lo cual en la toma de un coeficiente u otro

el valor encontrado tiene un porcentaje de error aproximado del 61%.

Esto se puede explicar independientemente de lo escrito en el primer prrafo y es que

los fsicos que encontraron estos coeficientes de dilatacin trabajaron bajo condiciones

controladas , a parte que iniciaron sus experimentos a una temperatura del sistema de

casi 0C, mientras que nosotros las condiciones que rodeaban este experimento no

estaban del todo controladas o se les parecan a las condiciones de sus experimentos.Esto aunado al hecho de que al temperatura inicial dentro del sistema era de

20C nos da como resultado el porcentaje de error encontrado.

Conclusin:

Bibliografa:

-SERWAY . BEICHNER, Tomo I, Fsica para ciencias e ingeniera, Quinta Edicin, p.586-590

-Introduccin, se basa en: http ://html.rincondelvago .com /coeficiente -de -expansion -de -los -

gases .html, 21-03-2011

-Marco terico, consultado en: http ://es .wikipedia .org /wiki/Coeficiente _ de_ dilataci% C 3% B 3 n,

22-03-2011

http://www.google.com/url?q=http%3A%2F%2Fhtml.rincondelvago.com%2Fcoeficiente-de-expansion-de-los-gases.html&sa=D&sntz=1&usg=AFQjCNFQHH7JPuI2kj8c5VP6tKPhyo3cVwhttp://www.google.com/url?q=http%3A%2F%2Fhtml.rincondelvago.com%2Fcoeficiente-de-expansion-de-los-gases.html&sa=D&sntz=1&usg=AFQjCNFQHH7JPuI2kj8c5VP6tKPhyo3cVwhttp://www.google.com/url?q=http%3A%2F%2Fhtml.rincondelvago.com%2Fcoeficiente-de-expansion-de-los-gases.html&sa=D&sntz=1&usg=AFQjCNFQHH7JPuI2kj8c5VP6tKPhyo3cVwhttp://www.google.com/url?q=http%3A%2F%2Fhtml.rincondelvago.com%2Fcoeficiente-de-expansion-de-los-gases.html&sa=D&sntz=1&usg=AFQjCNFQHH7JPuI2kj8c5VP6tKPhyo3cVwhttp://www.google.com/url?q=http%3A%2F%2Fhtml.rincondelvago.com%2Fcoeficiente-de-expansion-de-los-gases.html&sa=D&sntz=1&usg=AFQjCNFQHH7JPuI2kj8c5VP6tKPhyo3cVwhttp://www.google.com/url?q=http%3A%2F%2Fhtml.rincondelvago.com%2Fcoeficiente-de-expansion-de-los-gases.html&sa=D&sntz=1&usg=AFQjCNFQHH7JPuI2kj8c5VP6tKPhyo3cVwhttp://www.google.com/url?q=http%3A%2F%2Fes.wikipedia.org%2Fwiki%2FCoeficiente_de_dilataci%25C3%25B3n&sa=D&sntz=1&usg=AFQjCNEzpwAEbtO-uecjbwJEh1mSCBpjpwhttp://www.google.com/url?q=http%3A%2F%2Fes.wikipedia.org%2Fwiki%2FCoeficiente_de_dilataci%25C3%25B3n&sa=D&sntz=1&usg=AFQjCNEzpwAEbtO-uecjbwJEh1mSCBpjpwhttp://www.google.com/url?q=http%3A%2F%2Fes.wikipedia.org%2Fwiki%2FCoeficiente_de_dilataci%25C3%25B3n&sa=D&sntz=1&usg=AFQjCNEzpwAEbtO-uecjbwJEh1mSCBpjpwhttp://www.google.com/url?q=http%3A%2F%2Fes.wikipedia.org%2Fwiki%2FCoeficiente_de_dilataci%25C3%25B3n&sa=D&sntz=1&usg=AFQjCNEzpwAEbtO-uecjbwJEh1mSCBpjpwhttp://www.google.com/url?q=http%3A%2F%2Fes.wikipedia.org%2Fwiki%2FCoeficiente_de_dilataci%25C3%25B3n&sa=D&sntz=1&usg=AFQjCNEzpwAEbtO-uecjbwJEh1mSCBpjpwhttp://www.google.com/url?q=http%3A%2F%2Fhtml.rincondelvago.com%2Fcoeficiente-de-expansion-de-los-gases.html&sa=D&sntz=1&usg=AFQjCNFQHH7JPuI2kj8c5VP6tKPhyo3cVwhttp://www.google.com/url?q=http%3A%2F%2Fhtml.rincondelvago.com%2Fcoeficiente-de-expansion-de-los-gases.html&sa=D&sntz=1&usg=AFQjCNFQHH7JPuI2kj8c5VP6tKPhyo3cVwhttp://www.google.com/url?q=http%3A%2F%2Fhtml.rincondelvago.com%2Fcoeficiente-de-expansion-de-los-gases.html&sa=D&sntz=1&usg=AFQjCNFQHH7JPuI2kj8c5VP6tKPhyo3cVwhttp://www.google.com/url?q=http%3A%2F%2Fhtml.rincondelvago.com%2Fcoeficiente-de-expansion-de-los-gases.html&sa=D&sntz=1&usg=AFQjCNFQHH7JPuI2kj8c5VP6tKPhyo3cVwhttp://www.google.com/url?q=http%3A%2F%2Fhtml.rincondelvago.com%2Fcoeficiente-de-expansion-de-los-gases.html&sa=D&sntz=1&usg=AFQjCNFQHH7JPuI2kj8c5VP6tKPhyo3cVwhttp://www.google.com/url?q=http%3A%2F%2Fhtml.rincondelvago.com%2Fcoeficiente-de-expansion-de-los-gases.html&sa=D&sntz=1&usg=AFQjCNFQHH7JPuI2kj8c5VP6tKPhyo3cVwhttp://www.google.com/url?q=http%3A%2F%2Fhtml.rincondelvago.com%2Fcoeficiente-de-expansion-de-los-gases.html&sa=D&sntz=1&usg=AFQjCNFQHH7JPuI2kj8c5VP6tKPhyo3cVwhttp://www.google.com/url?q=http%3A%2F%2Fhtml.rincondelvago.com%2Fcoeficiente-de-expansion-de-los-gases.html&sa=D&sntz=1&usg=AFQjCNFQHH7JPuI2kj8c5VP6tKPhyo3cVwhttp://www.google.com/url?q=http%3A%2F%2Fhtml.rincondelvago.com%2Fcoeficiente-de-expansion-de-los-gases.html&sa=D&sntz=1&usg=AFQjCNFQHH7JPuI2kj8c5VP6tKPhyo3cVwhttp://www.google.com/url?q=http%3A%2F%2Fhtml.rincondelvago.com%2Fcoeficiente-de-expansion-de-los-gases.html&sa=D&sntz=1&usg=AFQjCNFQHH7JPuI2kj8c5VP6tKPhyo3cVwhttp://www.google.com/url?q=http%3A%2F%2Fhtml.rincondelvago.com%2Fcoeficiente-de-expansion-de-los-gases.html&sa=D&sntz=1&usg=AFQjCNFQHH7JPuI2kj8c5VP6tKPhyo3cVwhttp://www.google.com/url?q=http%3A%2F%2Fhtml.rincondelvago.com%2Fcoeficiente-de-expansion-de-los-gases.html&sa=D&sntz=1&usg=AFQjCNFQHH7JPuI2kj8c5VP6tKPhyo3cVwhttp://www.google.com/url?q=http%3A%2F%2Fhtml.rincondelvago.com%2Fcoeficiente-de-expansion-de-los-gases.html&sa=D&sntz=1&usg=AFQjCNFQHH7JPuI2kj8c5VP6tKPhyo3cVwhttp://www.google.com/url?q=http%3A%2F%2Fhtml.rincondelvago.com%2Fcoeficiente-de-expansion-de-los-gases.html&sa=D&sntz=1&usg=AFQjCNFQHH7JPuI2kj8c5VP6tKPhyo3cVwhttp://www.google.com/url?q=http%3A%2F%2Fhtml.rincondelvago.com%2Fcoeficiente-de-expansion-de-los-gases.html&sa=D&sntz=1&usg=AFQjCNFQHH7JPuI2kj8c5VP6tKPhyo3cVwhttp://www.google.com/url?q=http%3A%2F%2Fhtml.rincondelvago.com%2Fcoeficiente-de-expansion-de-los-gases.html&sa=D&sntz=1&usg=AFQjCNFQHH7JPuI2kj8c5VP6tKPhyo3cVwhttp://www.google.com/url?q=http%3A%2F%2Fhtml.rincondelvago.com%2Fcoeficiente-de-expansion-de-los-gases.html&sa=D&sntz=1&usg=AFQjCNFQHH7JPuI2kj8c5VP6tKPhyo3cVwhttp://www.google.com/url?q=http%3A%2F%2Fhtml.rincondelvago.com%2Fcoeficiente-de-expansion-de-los-gases.html&sa=D&sntz=1&usg=AFQjCNFQHH7JPuI2kj8c5VP6tKPhyo3cVwhttp://www.google.com/url?q=http%3A%2F%2Fhtml.rincondelvago.com%2Fcoeficiente-de-expansion-de-los-gases.html&sa=D&sntz=1&usg=AFQjCNFQHH7JPuI2kj8c5VP6tKPhyo3cVwhttp://www.google.com/url?q=http%3A%2F%2Fhtml.rincondelvago.com%2Fcoeficiente-de-expansion-de-los-gases.html&sa=D&sntz=1&usg=AFQjCNFQHH7JPuI2kj8c5VP6tKPhyo3cVwhttp://www.google.com/url?q=http%3A%2F%2Fes.wikipedia.org%2Fwiki%2FCoeficiente_de_dilataci%25C3%25B3n&sa=D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