Gases

“Gases Ideales”

Laboratorio de Física 2

Grecia Mejia 21111074

Instructor: Cindy Aguirre

San Pedro Sula, 14 de septiembre de 2012

Primera expansión volumen n=250

1) Varíe el volumen y observe qué ocurre con las velocidades de las moléculas. Salve las imágenes correspondientes a tres valores de volumen, cada una con su correspondiente histograma de velocidades.

Segundo expansión:

Tercera expansion:

2. Utilice los botones „Reset to Equal‟ y „Reset to Extreme‟. Salve las imágenes inmediatamente posteriores a haber oprimido los respectivos botones.

Reset to Equal :

Gases Ideales Página 3Grecia Larrama

Extreme:

3. Trabaje ahora con tres valores de temperatura: el mínimo, el central y el máximo. Grabe las pantallas correspondientes en el momento en que en cada caso se haya alcanzado el equilibrio térmico. Temperatura Mínima:


Máxima:

Media:


4. Para el volumen máximo y temperatura en el valor central, observe las pantallas que corresponden a gravedad mínima, intermedia y máxima. Salve las correspondientes pantallas.

Mínima Gravedad:

Media Gravedad:


Máxima Gravedad:


3. CUESTIONARIO Y RESULTADOS 1) Haga un gráfico en que presente una molécula individual dotada del vector velocidad correspondiente; incluya en ese gráfico la gravedad para cada una de las tres opciones del procedimiento 4 y explique entonces el porqué de la disminución de la velocidad promedio con el aumento de la gravedad.

0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5145

150

155

160

165

170

175

Presion

Presion

2) En el procedimiento 1, ¿por qué no hay variación apreciable de la velocidad promedio de las moléculas, aunque para volumen pequeño parecen viajar más rápidamente?

Porque, si hay un espacio mas reducido con el mismo numero de moléculas, las moléculas rebotan o chocaran con mayor rapidez que en un espacio con mayor extensión.

3) De las dos pantallas correspondientes al procedimiento 2, ¿cuál de los dos histogramas no deberá variar apreciablemente? ¿Por qué? (Dé sus razones en base al comportamiento microscópico del gas) ¿Qué tiene que ver eso con el equilibrio térmico? Explique cuál pantalla muestra el equilibrio térmico.

La pantalla con equal and reset tiene mayor equilibrio térmico


4) Respecto al procedimiento 3, explique por qué todo el calor proveniente del foco calorífico se invierte íntegramente en aumentar la velocidad promedio de las moléculas.

V= 3 kT

m

La velocidad es proporcional a la temperatura por lo tanto si una incrementa la otra también.

Porque las moléculas reciben calor y que este a la vez les proporciona energía que las hacen moverse mas rápido por ende al equilibrio térmico. Un ejemplo el sol que transmite energía a los seres que los ayuda ya sea a crecer o a mantener su habitad normal (calor convertida en energía)

5) EXTRA ¿Por qué el histograma de velocidades siempre tiene la apariencia de una curva del tipo que ve en la figura? (Lea en su libro lo relativo a distribución de velocidades moleculares):

En un gas ideal encerrado en un recipiente, el movimiento de las moléculas es completamente al azar, es decir, todas las direcciones del espacio son igualmente probables. Pero no es posible que todas las velocidades v de las moléculas sean igualmente probables ya que hay una relación lineal entre el valor medio cuadrático de la velocidad y la temperatura absoluta del gas ideal. Sabemos que al graficas funciones cuadráticas a grafica es similar a la que esta en la figura.


ANÁLISIS CUANTITATIVO

Trabajo con las variables macroscópicas:

Establezca valores adecuados en las respectivas barras para obtener las siguientes gráficas:

a. Presión-volumen para temperaturas de 173, 253, 293 y 313 K (utilice modo „Multiple‟ para que el „applet‟ presente todas las curvas en el mismo diagrama).

b. Presión-inverso del volumen para temperatura de 20ºC con 2 moles de helio.


c. Presión-inverso de la temperatura para un volumen de 25 litros, 8.3 moles de He y 1.7 moles de Neon.


d. Volumen-temperatura de modo que la recta tenga 45º grados de pendiente (anote los valores de las variables que produjeron una pendiente de ese valor).

Parte segunda: Trabajo con las variables microscópicas

a. Con, Enable Tracking‟ analice la trayectoria roja de la molécula seleccionada y grabe la pantalla alusiva.


b. Coloque valores no nulos para cantidades de Helio y Neon, varíe la temperatura y analice el comportamiento del histograma de velocidades.

Temperatura = 400K

Temperatura de 200K:


c. Manteniendo temperatura constante y cantidades también constantes de helio y neon, analice el comportamiento del histograma de velocidades y el comportamiento que observa en el movimiento de las moléculas tal como el „applet‟ las presenta.

d. Coloque la temperatura en 45 K, tome para el helio n = 4 y para el neon n = 6 y ajuste el volumen en 36 litros. Cuente durante un minuto el número de choques de las moléculas azules sobre el pistón y el de las verdes y anote esos valores. Para que los resultados sean más precisos repita la misma operación cuatro veces, manteniendo las variables en los valores antes señalados, y utilice número promedio de choques

después de las cuatro mediciones (se necesitan dos personas para esto).


Conteo de choques 1

Verdes 74Azules 67

Conteo de choques 2

Verdes 48Azules 64

Conteo de choques 3

Verdes 56Azules 71

Conteo de choques 4

Verdes 83Azules 40

Promedio de ChoquesAzules 60.5Verdes 65.25

3. RESULTADOS Y CUESTIONARIO

General: Describa la actividad del gas, considerando el comportamiento de: Los fenómenos microscópicos de átomos y moléculas: movimiento, colisiones. Los movimientos de moléculas fueron muy variados, dependían de la temperatura que tenían, la presión, las moléculas con las que chocaban que hacían que las velocidades variaran.

La influencia de esos fenómenos en las correspondientes variables microscópicas (velocidad, momento, fuerza, energía) los efectos finales en las variables macroscópicas (presión, volumen, temperatura).

La velocidad variaban dependiendo de la temperatura que tenían las moléculas, también en los choques, se notro una gran relación en los sistemas entre presión y volumen, así mismo como presión y temperatura.


Respecto a la parte primera del procedimiento experimental:1) Describa cómo podría hacer para medir la constante universal de los

gases, R, manejando de manera adecuada este „applet‟.

Utilizando la formula PV=nRT , y el applet correctamente obtenemos P,C,n y T. Luego despejamos para R y así encontramos su valor.

2) Presente la pantalla de los gráficos combinados del inciso a.

3) Explique por qué las gráficas conforme mayor es la temperatura aparecen por encima de las anteriores.

Simple se muestra en la siguiente formula:

PV=nRT

Donde claramente se ve que la presión depende del valor de la temperatura aumentamos la temperatura aumentamos la presión por ende el grafico sube.


4) ¿Qué representa la pendiente en la gráfica del inciso b.? En el caso de la gráfica, ¿qué valor tiene esa pendiente (incluya las unidades correspondientes)?

La pendiente representa el comportamiento de la presión (atm) . La presión (atm) aumenta porque al aumentar las unidades del volumen inverso (L) en la barra en la gráfica se reduce el espacio y se genera mayor presión (atm).

5) ¿Qué tipo de curva se obtiene en el inciso c.? ¿Por qué necesariamente ha de ser ese tipo de curva?

Obtenemos una curva inversa, obtenemos esta curva porque utilizamos una temperatura inversa como variable independiente y esta hace que la presión descienda a medida la temperatura aumente.

6) ¿Qué volumen ocupa el neón en el inciso c.? Y, ¿el helio? ¿Cuál es la presión que ejerce cada gas en ese inciso?

PV=nRT

Helio Neón

Volumen (L) 20.75 4.25Presión (atm) 13.16 13.16

7) ¿Cuál debe de ser la relación entre la presión y el número de moles para obtener esa pendiente del inciso d? Compruebe su respuesta con los datos que recogió en las barras de variables.

Pues debe estar equilibrado ya que proporciona un balance en el sistema.

Respecto a la segunda parte del procedimiento experimental:


1) En relación con la trayectoria en color rojo que obtuvo con „Enable Tracking‟: grabe la pantalla. Y con ella impresa explique el porqué de la forma de la trayectoria, los cambios de velocidad de la molécula después de los choques, tipo de choques efectuados por la molécula.

La trayectoria de esta molécula es dirigida cuando choca con otras moléculas. Los choques generan cambios en la velocidad de la molécula, cuando choca con otra molécula su velocidad tiende a aumentar y cuando choca con el recipiente se mantiene la misma velocidad o en ocasiones se aumenta.

2) ¿Influye el volumen en la velocidad promedio de las moléculas? ¿Por qué?

Si influye el volumen del recipiente, porque entre mas pequeño sea hay mas choques entre cada molecula y la velocidad con que lo hacen es más rápida..

3) ¿Por qué siempre observa el histograma de velocidades azules, desplazado a la izquierda respecto del histograma verde?


Porque las de moléculas de neón son más lentas que las de Helio por lo tanto tienen menos desplazamiento.

4) Asuma que las moléculas azules son de 1 mg y las verdes de 0.5 mg y calcule:

La velocidad promedio de impacto de las moléculas. La presión promedio que sufre el pistón.

(Para resolver esta última pregunta, lea en su libro el tema relacionado con obtención de la presión mediante estudio microscópico de un gas).

C. INFLUENCIA DE PRESIÓN, VOLUMEN Y TEMPERATURA EN UN GAS IDEAL


1. Procedimiento Experimental

1.1. Comience asignando valores T = 250, P = 15 y N = 30 y observe el movimiento del pistón.

1.2. Fijándose especialmente en los valores que da el “applet” para el volumen, conforme cambian las otras variables, analice los procesos que se indican:

A. Isobárico: Mantenga la presión constante (en P = 15) y varíe la temperatura como se muestra en la tabla. Anote los correspondientes valores de volumen que da el “applet”.

Temperatura Volumen

250 543260 559270 580280 601290 614300 645


B. Isotérmico: Mantenga ahora invariada la temperatura en T = 300 y N=5, cambie la presión (según la tabla); registre los valores de volumen.

Presión Volumen

10 8620 4030 2540 2149 17

C. De variación de la cantidad de gas: Cambie ahora N (a los valores N=5 y después a N = 35) manteniendo P y T constantes.

Temperatura Presión N Volumen

300 49 5 17

35 206

1. Cuestionario y Resultados

1) Grafique P vs. V para el proceso isotérmico.


10 20 30 40 50 60 70 80 900

10

20

30

40

50

60

f(x) = 0.394454642063569 xR² = 0.298196316153592

Presion

PresionLinear (Presion)

a. Explique el porqué de la forma de la curva obtenida.

Porque para que la presión aumente es necesario que el volumen del tanque se disminuya.

b. Grafique P vs. V-1, calcule la pendiente y explique qué significado físico tiene ese valor que calculó.

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.070

10

20

30

40

50

60

10

20

30

4049

f(x) = 816.584813341618 xR² = 0.998192912969406

Presion vs V-1

Presion vs V-1Linear (Presion vs V-1)

En este grafico genera una acción inversa a la del grafico P vs V en esta grafica la presión va a aumentando según el volumen


aumenta porque se toma como punto de referencia la parte superior del recipiente y no la inferior.

2) Grafique V vs. T para el proceso isobárico.

240 250 260 270 280 290 300 310480

500

520

540

560

580

600

620

640

660

f(x) = 2.14605927552141 xR² = 0.999945338883082

Volumen vs Temperatura

Volumen vs TemperaturaLinear (Volumen vs Tem-peratura)

a. Explique el porqué de la forma de la curva obtenida.

La curva toma esta forma porque si aumenta la temperatura aumenta el volumen.

b. Calcule la pendiente y explique qué significado físico tiene ese valor que calculó.

y = 2.1461 eso aumentara el volumen.

3) Para cada proceso a, b, ó c de 2. - 2) calcule y escriba los valores de volumen obtenidos y mediante una tabla, compárelos con los que da el “applet” y de una razón válida para justificar las diferencias.


Temperatura Volumen Applet Volumen CalculadoVolumen=nRT/P

250 543260 559270 580280 601290 614300 645

Presión Volumen Applet Volumen Calculado

10 8620 4030 2540 2149 17

Temperatura Presión N Volumen Applet

Volumen Calculado

300 49 5 17

35 206

4.) Mediante el “click” del “mouse” sobre cada botón, determine los que podríamos llamar errores instrumentales para P, T y N

En la presión el error instrumental es de 1 atm, en la temperatura es de 1 Kelvin.


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