EXPERIMENTO N 6CLEMENT DESORMESOBJETIVOS:-Determinar las relaciones entre presin, volumen y temperatura en el aire considerando como gas ideal:-P = f (V) donde T = cte. (Ley de Boyle)-P = f (T) donde V = cte. (Ley de Gay Lussac)-V = f (T) donde P = cte. (Ley de Charles)-Determinar la constante adiabtica y desarrollar aproximadamente un proceso adiabtico.RESMEN TERICO:Condiciones microscpicas de definicin de un gas ideal.Son las propiedades de partculas no observadas previamente y es por medio de La termodinmica que trata los procesos de transferencia de calor, que es una de las formas de energa y como puede producir un trabajo con ella. En esta rea se describe como la materia en cualquiera de sus estados (slido, lquido, gaseoso) va transformndose. Desde un punto de vista macroscpico de la materia se estudia como sta reacciona a cambios en su volumen, presin, temperatura entre otros. La termodinmica se basa en cuatro leyes principales: el equilibrio termodinmico (o ley cero), el principio de conservacin de la energa (primera ley), el aumento temporal de la entropa (segunda ley) y la imposibilidad del cero absoluto (tercera ley).

Una consecuencia de la termodinmica es lo que hoy se conoce como mecnica estadstica. sta rama estudia, al igual que la termodinmica, los procesos de transferencia de calor, pero contrario a la anterior desde un punto de vista molecular. La materia como se conoce est compuesta por molculas y el conocer el comportamiento de una sola de sus molculas nos lleva a medidas errneas. Es por eso que se debe tratar como un conjunto de elementos caticos o aleatorios, y se utiliza el lenguaje estadstico y consideraciones mecnicas para describir comportamientos macroscpicos de este conjunto molecular microscpico.La ecuacin de Van der Waals:Laecuacin de Van der Waalses unaecuacin de estadode unfluidocompuesto de partculas con un tamao no despreciable y confuerzas intermoleculares, como las fuerzas. La ecuacin, cuyo origen se remonta a 1873, debe su nombre aJohannes Diderik van der Waals, quien recibi elpremio Nobelen 1910 por su trabajo en la ecuacin de estado para gases y lquidos, la cual est basada en una modificacin de laley de los gases idealespara que se aproxime de manera ms precisa al comportamiento de losgases realesaltener en cuentasu tamao no nulo y la atraccin entre sus partculas. Lasisotermasde Van der Waals: el modelo predice correctamente la fase de lquido prcticamenteincompresible, pero las oscilaciones en lafase de transicinno se corresponden con los resultados experimentales.Una forma de esta ecuacin es:

Dnde:pes lapresindel fluido, medido enatmsferas,Ves elvolumenen el que se encuentran las partculas dividido por el nmero de partculas (enlitros),Kes laconstante de Boltzmann,Tes latemperatura, enkelvin,a'es un trmino que tiene que ver con la atraccin entre partculas,b'es el volumen medio excluido devpor cada partcula.Si se introducen elnmero de Avogadro,NA, el nmero demolesny, consecuentemente, el nmero total de partculasnNA, la ecuacin queda en la forma siguiente:

Donde:pes lapresindel fluido,Ves el volumen total del recipiente en que se encuentra el fluido,amide la atraccin entre las partculas,bes el volumen disponible de un mol de partculas,nes el nmero de moles,Res laconstante universal de los gases ideales,, Tes latemperatura, en kelvinEl teorema de equiparticin de la energa:Enmecnica estadstica,clsica, elteorema de equiparticines una frmula general que relaciona latemperaturade un sistema con suenergamedia. El teorema de equiparticin es tambin conocido como laley de equiparticin,equiparticin de la energa, o simplementeequiparticin. La idea central de la equiparticin es que, enequilibrio trmico, la energa se reparte en partes iguales entre sus varias formas; por ejemplo, laenerga cinticapromedio en unmovimiento de traslacinde una molcula debe ser igual a la energa cintica promedio en sumovimiento de rotacin.De la aplicacin del teorema de equiparticin surgen predicciones cuantitativas. Al igual que elteorema de virial, da las energas cintica y potencialtotalesdel sistema a una dadatemperatura, a partir de la cual es posible calcular lacapacidad calricadel sistema. Sin embargo, equiparticin tambin da los valores promedio de loscomponentes individualesde la energa, tal como la energa cintica de una partcula especfica o la energa potencial de unresorteaislado. Por ejemplo, el teorema predice que cada molcula en ungas idealposee una energa cintica promedio de(3/2)kBTen equilibrio trmico, dondekBes laconstante de BoltzmannyTes la temperatura. En forma ms general, puede ser aplicado a cualquiersistema clsicoenequilibrio trmico, no importa cun complejo sea el mismo. El teorema de equiparticin puede ser utilizado para derivar laley de los gases ideales clsica, y laLey de Dulong-Petitpara loscalores especficosde los slidos. Tambin puede ser utilizado para predecir las propiedades de lasestrellas, an lasenanas blancasyestrellas de neutrones, dado que su validez se extiende a situaciones en las que existan efectosrelativistas.Ley De Dulong y PetitLey de Dulong y Petit, ley emprica enunciada en 1802 por los qumicos franceses Pierre Louis Dulong y Alexis Thrse Petit, y segn la cual para la mayora de los elementos slidos, el producto de su calor especfico por su masa atmica es una cantidad aproximadamente constante. Al producto del calor especfico por la masa atmica le dieron el nombre de calor atmico.Los calores atmicos, a presin constante, de los elementos en estado slido, medidos a temperatura ambiente, tienden a un valor constante comn: 6,4 caloras por tomo gramo y por grado Celsius, es decir, aproximadamente 26,8 Jmol-1K-1.Todos los calores atmicos de los slidos varan con la temperatura, y tienden a un valor constante a temperaturas elevadas y se anulan en las proximidades del cero absoluto. Lo que ocurre es que la mayor parte de los elementos slidos alcanzan a temperatura ambiente este valor lmite.La ley de Dulong y Petit es una ley lmite y las discrepancias con los resultados experimentales se acentan a medida que la temperatura disminuye.

Estructura molecular de los gases, por el nmero de tomos:Las molculas rara vez se encuentran sin interaccin entre ellas, salvo en gases enrarecidos y en losgases nobles. As, pueden encontrarse enredes cristalinas, como el caso de las molculas de H2O en el hielo o con interacciones intensas pero que cambian rpidamente de direccionalidad, como en elagualquida. En orden creciente de intensidad, las fuerzas intermoleculares ms relevantes son: lasfuerzas de Van der Waalsy lospuentes de hidrgeno. Ladinmica moleculares unmtodo de simulacinpor computadora que utiliza estas fuerzas para tratar de explicar las propiedades de las molculas.Las molculaslbilespueden perder su consistencia en tiempos relativamente cortos, pero si eltiempo de vida medioes del orden de unas pocasvibraciones moleculares, estamos ante un estado detransicinqueno sepuede considerar molcula. Actualmente, es posible el uso delser pulsadopara el estudio de la qumica de estos sistemas.Las entidades que comparten la definicin de las molculas pero tienen carga elctrica se denominaniones poli atmicos,iones molecularesomolculas ion. Lassales compuestas por iones poli atmicos se clasifican habitualmente dentro de los materiales de base molecular o materiales moleculares.La estructura molecular puede ser descrita de diferentes formas. Lafrmula moleculares til para molculas sencillas, como H2O para elaguao NH3para elamonaco. Contiene lossmbolosde los elementos presentes en la molcula, as como su proporcin indicada por los subndices.Para molculas ms complejas, como las que se encuentran comnmente enqumica orgnica, la frmula qumica no es suficiente, yvale la penausar unafrmula estructuralo unafrmula esqueletal, las que indican grficamente la disposicin espacial de los distintosgrupos funcionales.

Composicin del aireEl aire est compuesto principalmente pornitrgeno,oxgenoyargn. El resto de los componentes, entre los cuales se encuentran losgases de efecto invernadero, son el vapor de agua,dixido de carbono,metano,xido nitrosoyozono, entre otros.Otro tipo de substancias pueden estar presente en pequeas cantidades comopolvo,polenyesporas, yCeniza volcnica. Tambin es detectable la presencia de elementos vertidos a la atmsfera en forma de contaminante como elcloroy sus compuestos,flor,mercurioy compuestos deazufre.

Composicin de la atmsfera libre de vapor de agua, por volumen

Porcentaje porvolumen

GasVolumen

Nitrgeno(N2)78,084%

Oxgeno(O2)20,946%

Argn(Ar)0,9340%

Dixido de carbono(CO2)0,039%

Nen(Ne)0,001818%

Helio(He)0,000524%

Metano(CH4)0,000179%

Criptn(Kr)0,000114%

Hidrgeno(H2)0,000055%

xido nitroso(N2O)0,00003%

Monxido de carbono(CO)0,00001%

Xenn(Xe)0,000009%

Ozono(O3)0 to 7106%

Dixido de nitrgeno(NO2)0,000002%

Yodo(I2)0,000001%

Amonaco(NH3)trazas

No incluido en aire seco:

Vapor de agua(H2O)~0,40% en capas altas de la atmsfera, normalmente 1% a 4% en la superficie

Propiedades del aire La atmsfera terrestre se divide en cuatro capas de acuerdo a laaltitud,temperaturay composicin del aire:troposfera,estratosfera,mesosferay termosfera. Lapresino peso del aire disminuye con la altitud.Las capas ms importantes para el anlisis de lacontaminacin atmosfricason las dos capas ms cercanas a la Tierra: la troposfera y la estratosfera. El aire de latroposferaes el que interviene en larespiraciny est compuesto, aproximadamente, por un 78,08% de nitrgeno (N2), un 20,94% de oxgeno (O2), un 0,035% de dixido de carbono (CO2) y un 0,93% de gases inertes como el argn y el nen. En esta capa, de 7 km de altura en los polos y de 16 km en los trpicos, se encuentran lasnubesy casi todo elvapor de agua. En esta capa se producen todos los fenmenos atmosfricos que originan elclima. Ms arriba, aproximadamente a 25 kilmetros de altura, en laestratosfera, se encuentra la importantecapa de ozonoque protege a la Tierra de losrayos ultravioletas(UV).En relacin a esto, vale la pena recordar que, en trminos generales, uncontaminantees una substancia que est "fuera de lugar", y que un buen ejemplo de ello puede ser el caso del gas ozono (O3). Cuando este gas se encuentra en el aire que se respira, es decir, bajo los 25 kilmetros de altura habituales, es un contaminante que tiene un efecto daino para la salud, por lo que en esa circunstancia se le conoce como "ozono troposfrico u ozono malo". Sin embargo, el mismo gas, cuando est en la estratosfera, forma la capa que protege de los rayos ultravioletas delSola todas las formas devida en la Tierra, por lo cual se le identifica como "ozono bueno".Capacidad Especfica MolarSe define como la energa necesaria para aumentar en un grado la temperatura de un cuerpo. Sus unidades son JK-1 o JC-1.Si un cuerpo intercambia cierta cantidad de energa trmica Q y se produce un incremento de temperatura T, la relacin entre ambas magnitudes es: Q = CtDonde C es la capacidad calorfica del cuerpo. Aumentar o disminuir la temperatura de un gas encerrado en un recipiente se puede realizar a volumen o a presin constante, por lo que en el caso de las sustancias gaseosas se habla de capacidad calorfica a volumen constante, Cv, y de capacidad calorfica a presin constante, Cp.La capacidad calorfica de un cuerpo es proporcional a la cantidad de masa presente: C = mcLa constante c se denomina capacidad calorfica especfica o, ms comnmente, calor especfico y slo depende del tipo de sustancia de que se trate, pero no de su cantidad. Es la energa necesaria para elevar en un grado la temperatura de un kilogramo de una sustancia.Igualmente se puede utilizar el concepto de capacidad calorfica molar, que se define como la energa necesaria para elevar en un grado la temperatura de un mol de sustancia.Calor De TransformacinA este se le conoce como calor latente, se puede igualmente definir los calores latentes de disolucin y de dilucin correspondientes a la adicin de un gramo de cuerpo disuelto o de un gramo de disolvente en una disolucin.Tensin de vapor El estado del sistema se representa por un punto en un diagrama p-V. Podemos llevar al sistema desde un estado inicial a otro final a travs de una sucesin de estados de equilibrio.Proceso adiabticoEn termodinmica se designa como proceso adiabtico a aqul en el cual el sistema (generalmente, un fluido que realiza un trabajo) no intercambia calor con su entorno. Un proceso adiabtico que es adems reversible se conoce como proceso isoentrpico. El extremo opuesto, en el que tiene lugar la mxima transferencia de calor, causando que la temperatura permanezca constante, se denomina proceso isotrmico.El trmino adiabtico hace referencia a elementos que impiden la transferencia de calor con el entorno. Una pared aislada se aproxima bastante a un lmite adiabtico. Otro ejemplo es la temperatura adiabtica de llama, que es la temperatura que podra alcanzar una llama si no hubiera prdida de calor hacia el entorno. En climatizacin los procesos de humectacin (aporte de vapor de agua) son adiabticos, puesto que no hay transferencia de calor, a pesar que se consiga variar la temperatura del aire y su humedad relativa. El calentamiento y enfriamiento adiabtico son procesos que comnmente ocurren debido al cambio en la presin de un gas. Esto puede ser cuantificado usando la ley de los gases ideales.En otras palabras se considera proceso adiabtico a un sistema especial en el cual no se pierde ni tampoco se gana energa calorfica. Esto viene definido segn la primera ley de termodinmica describiendo que Q=0Si se relaciona el tema del proceso adiabtico con las ondas, se debe tener en cuenta que el proceso o carcter adiabtico solo se produce en las ondas longitudinales.Cul es la diferencia entre un gas ideal y un gas real?Un gas ideal es aquel que cumple con la formula Pv=nRTPor lo tanto que cumple con la Ley de Boyle -Mariotte, Charles y Gay Lussac, aquellas que decan que alguna propiedad constante otras eran inversa o directamente proporcional.Un gas real es aquel gas que precisamente no se considera ideal esto quiere decir no cumple con las anteriores.En el mundo no hay gases ideales pero para problemas se consideran todos ideales, adems a presiones y temperaturas cercanas a las ambientales las diferencias son mnimas.

OTRAS DIFERENCIAS- Para un gas ideal la variable "z" siempre vale uno, en cambio para un gas real, "z" tiene que valer diferente que uno.- La ecuacin de estado para un gas ideal, prescinde de la variable "z" ya que esta para un gas ideal, vale uno. Y para un gas real, ya que esta variable tiene que ser diferente de uno, as que la formula queda de esta forma: p.V = z.n.R.T.- La ecuacin de Van der Waals se diferencia de las de los gases ideales por la presencia de dos trminos de correccin; uno corrige el volumen, el otro modifica la presin.- Los gases reales, a presiones y temperaturas cercanas a las ambientales, actan como gases ideales.Para ungas idealla capacidad calorfica es constante con latemperatura. De acuerdo con esta afirmacin laentalpapuede expresarse comoy laenerga interna como. Por lo tanto, se puede decir que el coeficiente de dilatacin adiabtica es la razn entre laentalpa y la energa interna:

De la misma forma, las capacidades calorficas pueden ser expresadas en trminos del ratio () y la constante de gas ():,Dondees lacantidad de sustanciaen moles.Es difcil encontrar tabulada informacin sobre, y es frecuente encontrar, sin embargo, ms fcilmente informacin tabular sobre. La siguiente relacin se puede emplear para determinar:

Relacin con los grados de libertad.La razn de capacidades calorficas () para un gas ideal puede estar relacionado con losgrados de libertad() de unamolculapor lo siguiente:

Se puede observar que en el caso de un gasmonoatmico, con tresgrados de libertad:

Mientras que en un gasdiatmico, con cinco grados de libertad (a temperatura ambiente):.Por ejemplo: laatmsfera terrestreest compuesta principalmente de gases diatmicos (~78%nitrgeno(N2) y [~21% [oxgeno]] (O2)) y a condicin estndar puede considerarse como ungas ideal. Una molcula de un gas diatmico posee cinco grados de libertad (tres translacionales y dos rotacionales, el grado de libertad vibracional no se tiene en cuenta si no es a grandes temperaturas). Con todo ello resulta un valor de.Esto es consistente con las medidas del ndice adiabtico de aproximadamente de 1.403 (se puede ver en la tabla susodicha).

EJECUCIN EXPERIMENTAL:Material y equipo:- Tablero de p, V, T- Equipo para la constante adiabtica.- Generador de vapor.- Termocupla (termmetro digital).- Manmetro en U.- Sonda de desage.PROCEDIMIENTO:1) EXPANSION ISOTERMICA:-Registrar la temperatura inicial T0.-Manteniendo constante la temperatura, variar el valor del volumen proporcionalmente (50, 45,40, etc.)2) EXPANSION ISOMETRICA (ISOCORICA):-Registrar un valor de volumen (por ejemplo, 50 cm3) y mantener constante.-Medir las variaciones de la presin para diferentes temperaturas (30, 40, 50, etc. C)3) EXPANSION ADIABATICA:-Arme el dispositivo como indica la figura.-Abra la llave V y mediante una perilla de goma insufle aire en el recipiente B hasta que la diferencia de niveles n el manmetro sea de unos 20cm. Cierre la llave V, espere que se estabilice el manmetro y mida hA.-Abrir rpidamente la llave y cerrarla despus de la primera oscilacin de la columna lquida.-Espere que el manmetro se estabilice, el gas volver lentamente a la temperatura inicial Ta a volumen constante hasta alcanzar Ta = Tf y pf. Medir hf. -Repetir todo el proceso 5 veces.

CLCULOS GRFICOS Y RESULTADOS:-Representar grficamente cada uno de los procesos:PROCESO ISOTRMICO

PROCESO ISOMTRICO

PROCESO ISOBRICO

-Con los datos de la tabla 6.1 de la hoja de datos, calcular los valores:hA = hA hF = hFhA=(25.0 1.2) cm hF = (14.2 1.2) cm-Calcular , utilizando los valores medios de hA y hF en la ecuacin: = = = = 2, 315-De la ecuacin indicada deducir y calcular su valor, obteniendo el valor experimental: = = - = 2,315 - = 0.11 = (2,315 0,11)-Determinar el error porcentual de :Como el error relativo es: = = = 0,048Y el Error relativo porcentual es: % = () x 100 = 0,048x100 = 4,8%-CONCLUSIONES:El coeficiente adiabtico es una magnitud de gran importancia a la hora de estudiar los procesos adiabticos y por la importancia de los mismos en la industria. De ah el inters tanto a nivel terico como prctico de esta experiencia.Si tenemos en cuenta que como dato aproximado del ndice adiabtico del aire suele tomarse 1,14, vemos que es ms probable que el error se encuentre la experiencia del mtodo de Clement-Desormes, descartando errores con el calibre y el barmetro, que no se emplean en dicho procedimiento. De esta forma limitamos los posibles errores al manmetro empleado o a errores humanos a la hora de tomar las medidas. Las medidas experimentales en termodinmica, caso de esta Prctica, implican procesos naturales y por tanto irreversibles. Para que la medida se realice prxima a la reversibilidad se deben usar variaciones de presin, volumen y temperatura lo ms pequeas posible con tal de que se puedan medir con la precisin deseada.-BIBLIOGRAFIA:-F. Cuss, C. Lpez y R. Villar Fsica de los procesos biolgicos, Cap. 9. Primer principio de la Termodinmica. Ariel Ciencia (2004).-Wikipedia Enciclopedia: termodinmica leyes de los gases.