5/23/2018 Como Calcular La Presi n Atmosf rica

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Como calcular la presin atmosfricaEscrito por Allan Robinson

La presin atmosfrica se puede definir como la fuerza que la atmsfera ejerce sobre una superficie o rea

dada. Normalmente se puede aproximar bastante a la presin hidrosttica ejercida por el peso del aire sobre

el punto de medida. Por lo tanto, la presin atmosfrica depende sobre todo de la altitud del punto de

medida, aunque un clculo preciso debe tener en cuenta otras variables fsicas. Como en general la presin

atmosfrica se calcula dentro de la propia atmsfera de la Tierra, muchas de estas variables se pueden

considerar constantes.Nivel de dificultad:

Moderada

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Cmo se mide la presin atmosfrica?

Necesitars

Calculadora con funciones cientficas.

Instrucciones1. 1

Identificar aquellas constantes fsicas de la Tierra que necesitamos para el clculo de la presinatmosfrica. La constante universal de los gases R es aplicable en culquier punto del universo y tieneun valor de 8.31432 Newton metro / mol Kelvin. La gravedad estndar ejercida por la Tierra alnivel del mar vale 9.80665 metros por segundo al cuadrado (m/s^2). La masa molar del aire de laTierra vale 0.0289644 kilogramos por mol (Kg/mol).

2. 2Definir las condiciones para la altura/altitud. h ser la altura/altitud del punto de medida sobre elnivel del mar y hb ser la altura/altitud mnima de la zona sobre la que se sita el punto. Lasalturas/altitudes mnimas de estas zonas se dan en miles de metros de la siguiente manera: 0, 11,20, 32, 47, 51 y 71.

3. 3Definir los valores de temperatura estndar. Las temperaturas estndar Tb se basan en losintervalos/rangos de altura/altitud dados en el paso 2, y se expresan en kelvins de la siguientemanera: 288.15, 216.65, 216.65, 228.65, 270.65, 270.65 y 214.65. El gradiente estndarde temperatura estndar Lb es la velocidad a la cual la temperatura decrece a una altura dada. Losgradientes de temperatura estndar para los intervalos/rangos de altura/altitud del paso 2 se dan enkelvins por metro de la siguiente manera: -.0065, 0, .001, .0028, 0 -.0028 y -.002.

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4. 4Proporcionar/hallar la presin estndar Pb para los intervalos/rangos de altura/altitud en lasunidades deseadas. Por ejemplo, la presin para los siete intervaos/rangos de altura/altitud enpascales son: 101325, 22632, 5474, 868, 110, 66 y 4.

5. 5Calcular/hallar la presin P a la altura h de la siguiente manera: P = Pb [Tb/(Tb + Lb (h-hb))]^(goM/RLb).

Prctica 13

Ley de Boyle

13.1 Objetivos

Confirmar de manera experimental la ley de Boyle.

Analizar con base en grficos obtenidos a partir de los datos experimentales de presin y volumen, qu tanto se ajusta elaire al comportamiento ideal a las condiciones de trabajo en el laboratorio.

13.2 Teora

Los tomos y molculas, en el estado gaseoso, se comportan como centros puntuales de masa que slo en el rango de lasaltas presiones y bajas temperaturas son afectadas por las fuerzas atractivas. Fuera de estos lmites, las propiedadesfsicas de un gas se deben principalmente al movimiento independiente de sus molculas.

Si se considera a un gas contenido en un recipiente, la presin que ste ejerce es la fuerza por unidad de rea sobre lasparedes debida a los impactos elsticos de las molculas.

Robert Boyle descubri en 1662 la relacin matemtica entre la presin y el volumen de una cantidad fija de gasa temperatura constante. Segn la ley de Boyle, el volumen de una masa dada de gas vara en forma inversamenteproporcional a la presin cuando la temperatura se mantiene en un valor fijo. La expresin matemtica de la ley se escribe:

P x V = k (proceso isotrmico) (13.1)

La magnitud de la constante k es funcin de la cantidad qumica de gas y de la temperatura.

Para dos estados diferentes 1 y 2, la ley implica:

P1V1= P2V2 (13.2)

Es decir, si se explora el comportamiento fsico de un gas de acuerdo con la ley de Boyle y asumiendo comportamientoideal, se puede conclur que, a temperatura constante:

Si se duplica la presin sobre una masa dada de gas, su volumen se reduce a la mitad.Si el volumen de una masa dada de gas se triplica, la presin se reduce en un tercio.

Es usual en los experimentos sobre la ley de Boyle obtener un conjunto de datos de presin y volumen, los cuales sepueden representar grficamente para obtener el valor de k. Un grfico de P versus V (figura 13.1) da como resultado lahiprbola caracterstica que corresponde a la ecuacin 13.1. Si se repite el experimento a temperaturas diferentes se

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genera una familia de hiprbolas, y debido a que la temperatura es constante a lo largo de cada lnea, stas curvas sedenominanisotermas.

Figura 13.1Representacin grfica de la ley de Boyle

Para encontrar el valor de k, se representa la presin como una funcin del inverso del volumen con el fin de obtener unalnea recta (figura 13.2). Aplicando el mtodo de los mnimos cuadrados se puede tener el mejor estimativo de k.

13.3 Materiales y equipo

Naranja de metilo Jeringa Erlenmeyer Tubo de vidrio delgado Manguera Marcador de punta fina (traerlo) Regla graduada (traerla)

Figura 13.2 P versus 1/V en la ley de Boyle

13.4 Procedimiento

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Disponer el montaje que se muestra en la figura 13.3. Adicionar un volumen exacto de agua al erlenmeyer hasta sus 2/3partes y aadir dos gotas de naranja de metilo para que pueda visualizarse ms fcilmente la columna de l quido.

Las lecturas se inician con un volumen conocido de aire en la jeringa y sealando con el marcador el tope de la columna delquido en el capilar. Medir la altura de la columna (hc) hasta la superficie del lquido en el erlenmeyer.

A continuacin se introduce 0.50 mL el mbolo de la jeringa y se marca el nuevo tope del lquido en el capilar. El

procedimiento se repite cada 0.50 mL hasta obtener un mnimo de 10 lecturas.

Finalmente, se mide la distancia entre marcas para estimar la altura de la columna cada vez que se disminuy el volumenen la jeringa.

Figura 13.3Montaje para la ley de Boyle

El volumen de aire (Va) puede calcularse de la ecuacin:

Va= Ve+ Vj- VL- Vc (13.3)

Donde: Ve= Volumen del erlenmeyer, mLVj= Lectura de volumen en la jeringa, mLVL= Volumen de agua en el erlenmeyer, mLVc= Volumen del capilar dentro del erlenmeyer, mL

La presin del aire (Pa) se calcula de la expresin:

Pa= Patm+ hc(mm)/13.6 (13.4)

13.5 Datos y resultados

Temperatura ...................................................................... _____ C

Presin atmosfrica.......................................................... ______ atmVolumen del erlenmeyer (Ve).......................................... ______ mLVolumen de agua ( VL)...................................................... ______ mLVolumen del capilar dentro del erlenmeyer (Vc)......... ______ mL

Tabla 13.1Datos y resultados de la ley de Boyle

Volumen en laeringa (Vj), mL

Volumen del aire,(Va), mL

Altura de la columna(hc), mm

1 / Va, mL-1 Presin del aire

(Pa), mm de Hg

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13.6 Discusin y anlisis de resultados

Calcular Vay Paaplicando las ecuaciones 13.3 y 13.4. Construr un grfico de Paversus 1/ Vaen papel milimetrado. Qupuede conclurse de la grfica?

Tomar los valores experimentales de Pay 1/Vay determinar el valor de k en la ecuacin P = m (1/V)+ b, utilizando elmtodo de los mnimos cuadrados. (El valor de la pendiente m corresponde al valor de k).

Demostrar que, para todos los datos, PV k segn la ley de Boyle. (Tomar un promedio de los valores PV y compararloscon k).

Calcular la cantidad qumica de aire y demostrar que no vara durante el experimento.

Conocido el valor de k, encontrar los valores de P de la ecuacin PV =kpara los siguientes valores de V: 10, 20, 50, 70,100, 120, 140, 160, 180 y 200 mL. Obtener un grfico en papel milimetrado de P versus V, Qu se puede conclur?

Debera aadirse el volumen de la manguera como un sumando adicional en la ecuacin 13.3?

Teniendo en cuenta que se ha usado una mezcla de gases (aire) y no un gas puro, era de esperarse que esta mezclaobedeciera la ley de Boyle? Explicar.

13.7 Problemas sugeridos

Trata de resolver los siguientes ejercicios

Los problemas sealados con (*) presentan un mayor nivel de dificultad. Solicite la asesora de su Profesor.

Un tanque de 10.0 L se llena con helio a una presin de 150 atm. Cuntos globos de juguete de 1.50 L pueden inflarse acondiciones normales con el helio del tanque? Suponer un proceso isotrmico.R/. 1000 globos [Mortimer, Ch. E. Qumica. Grupo Editorial Iberoamericano, Mxico, 1986.]

La presin a 20 C de cierto gas contenido en un matraz de 0.50 L es de 1.00 atm. La masa del matraz y del gas es de25.178 g. Se dej escapar gas hasta que la presin final fue de 0.813 atm y se encontr que el matraz pesaba 25.053 g.Calcular la masa molar del gas suponiendo un proceso isotrmico.R/. 32 g/mol

Un gas ideal, a 650 torr, ocupa una ampolla de volumen desconocido. Se retir cierta cantidad de gas que se encontr queocupaba 1.52 mL a 1.0 atm. La presin del gas restante en la ampolla fue de 600 torr. Suponiendo un proceso isotrmico,calcular el volumen de la ampolla.R/. 23.1 mL

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13.8 Lecturas recomendadas

Brown, Theodore. Presin arterial. En: Q