Instituto Politcnico NacionalUnidad Profesional Interdisciplinaria de Ingeniera, Ciencias Sociales y Administrativas

Equipo 2NombreBoletaFirma

lvarez Lpez Areli2013600019

Bastida Tllez Jos Ral2013602707

Carrillo Vences scar2013602067

Flores Hernndez Luis F.2013600470

Gonzlez Rivera Luis E.2013601283

Unidad de aprendizaje: Qumica industrial (laboratorio)Secuencia: 2IM36Profesora: Mara del Roco Romero SnchezPrctica No.1 Relacin entre las capacidades calorficas de un gas

OBJETIVOS Determinar el coeficiente de dilatacin adiabtica y el error comparndolo con un coeficiente de dilatacin adiabtica de 1.4. Observar y realizar el proceso de expansin adiabtica (cuando se abre el sistema) y la compresin isotrmica en el sistema (cuando ajustamos el sistema).

RESUMEN.La prctica que se muestra a continuacin fue hecha tomando en cuenta las bases tericas acerca del comportamiento de los gases sometidos a distintos procesos( isobrico, isotrmico, isomtrico e adiabtico), as como el mtodo experimental de Clement y Desormes para determinar el valor de . Utilizando el material de la prctica, se construy un sistema gaseoso aislado que poda ser alterado aumentando o disminuyendo la cantidad de gas en su interior, permitindonos experimentar y, con los datos obtenidos, calcular el valor de . Al calcular el valor medio de las obtenidas mediante la experimentacin obtuvimos = 1.3475 y al comparar con el valor terico de (1.4), los resultados de nuestra experimentacin arrojaron que existe un error porcentual de igual a 3.75%

INTRODUCCION El coeficiente de dilatacin adiabtica es la razn entre la capacidad calorfica a presin constante (Cp) y la capacidad calorfica a volumen constante (Cv). A veces es conocida tambin como FACTOR DE EXPANSION ISOENTROPICA Y RAZON DE CALOR ESPECIFICO y se denota con la expresin (gamma) o incluso (kappa).

=Donde el calor de C es la capacidad calorfica o capacidad calorfica especifica de un gas, los sufijos P y V se refieren a las condiciones de presin constante y de volumen constantes respectivamente.

TermodinmicaEs fundamentalmente una ciencia fenomenolgica, es decir, una ciencia macroscpica basada en leyes generales inferidas del experimento, independientemente de cualquier modelo microscpico de la materia. Su objetivo es, obtener relaciones entre propiedades macroscpicas de la materia, cuando esta se somete a toda una variedad de procesos.Denominamos ESTADO DE QUILIBRIO de un sistema cuando las variables macroscpicas presin P, volumen V y temperatura T, no cambian. El estado de equilibrio es dinmico en el sentido de que los constituyentes del sistema se mueven continuamente.Se denomina ECUACION DE ESTADO a la relacin que existe entre las variables P, V y T. La ecuacin de estado ms sencilla es la de un gas ideal PV= n RT, donde n representa el nmero de moles, y R la constante de los gases R=.082 atml/molk = 8.3143J/Kmol.Se denomina ENERGIA INTERNA del sistema a la suma de las energas de todas sus partculas. En un gas ideal las molculas solamente tienen energa cintica, los choques entre las molculas se suponen perfectamente elsticos, la ENERGIA INTERNA solamente depende de la temperatura.Trabajo mecnicoConsideremos, por ejemplo, un gas dentro de un cilindro. Las OLECULAS DEL GAS CHOCAN CONTRA LAS PAREDES cambiando la direccin de su velocidad, o de su momento lineal. El efecto de gran nmero de colisiones que tienen lugar en la unidad de tiempo, se puede representar por una fuerza F que acta sobre la superficie de la pared.El trabajo total realizado cuando el sistema pasa del estado A cuyo volumen es VA al estado B cuyo volumen es VB.

W =

CalorNo es una nueva forma de energa, es el nombre dado a una transferencia de energa tipo especial en el que intervienen gran nmero de partculas. SE DENOMINA CALOR A LA ENERGIA INTERCAMBIADA ENTRE UN SISTEMA Y EL MEDIO QUE LO RODEA debido a los choques entre las partculas del sistema y el exterior al mismo.El calor se considera positivo cuando fluye hacia el sistema cuando incrementa su energa interna. El calor se considera negativo cuando fluye desde el sistema, por lo que disminuye su energa interna.Cuando una sustancia incrementa su temperatura de TA a TB, el calor absorbido obtiene multiplicando la masa (o el nmero de mol) por el calor especifico C y por la diferencia de temperatura TB TA.

Q = nc (TB TA)Cuando no hay intercambio de energa (en forma de calor) entre dos sistemas, decimos que estn en EQUILIBRIO TERMICO.

Mtodo. Clement Desormes.Para un gas ideal que evolucione adiabticamente el producto PV se mantiene constante, donde P es la presin, V el volumen, y es la relacin entre el calor especfico a presin constante y el calor especfico a volumen constante. En el mtodo de Clment y Desormes se produce una rpida compresin de un gas a baja presin y temperatura ambiente contenido en un recipiente, que puede entonces suponerse en principio adiabtica. A continuacin se deja que el gas vuelva a su temperatura inicial. Durante el proceso se registran las presiones manomtricas del gas: la inicial, la resultante despus de la compresin y la final, al volver el gas a la temperatura ambiente. Considerando al gas como ideal, se demuestra que es igual, aproximadamente, a la relacin entre las diferencias de alturas manomtricas; es decir la diferencia entre la altura inicial h0 y la obtenida al comprimir el gas h1, dividida por la diferencia entre la primera y la altura final del gas a temperatura ambiente h2, Alturas manomtricas obtenidas durante el experimento. El gas ocupa inicialmente el volumen vo. La vlvula B permite el ingreso de aire a presin atmosfrica.

Expansin isotrmicaLa energa interna de un gas ideal slo depende de su temperatura. Al ser un proceso isotrmico, sta no cambia. Por tanto U = 0Para calcular el trabajo realizado utilizamos la ecuacin de estado para expresar la presin en funcin del volumen:

Hemos usado la ley de Boyle para expresar el resultado en funcin del cociente de presiones, y la ecuacin del gas ideal para sustituir nRT por P1V1. El trabajo es negativo, pues al expandirse el gas realiza trabajo sobre el recipiente que le contiene. Como la variacin de energa interna es nula, el calor absorbido por el gas es:

Expansin adiabtica En este caso el calor absorbido por el gas es cero: Q = 0Podemos expresar la variacin de energa interna en funcin de la diferencia de temperaturas entre los estados inicial y final:

U = ncv(T2 T1)Aqu, cv es el calor especfico molar a volumen constante. Para un gas ideal monoatmico tenemos cv = 3R / 2. Nos falta encontrar la temperatura en el estado final. Para ello usamos la ecuacin de Poisson:

Por tanto, la variacin de energa interna es:

Hemos usado que en un gas monoatmico = 5 / 3. El trabajo que realiza el gas es

Comparacin de los dos procesos

Podemos observar que el trabajo realizado por el gas en el proceso adiabtico es menor que el que realiza en el proceso isotrmico. Esto puede comprobarse tambin en el diagrama PV de la figura. En un punto del diagrama, la pendiente de la adiabtica es siempre mayor que la de la isoterma. Entonces, al hacer la expansin, la adiabtica se queda a la derecha de la isotrmica, y por tanto, el rea debajo de la adiabtica es menor que debajo de la isotrmica.

MATERIAL 1 GARRAFON DE VIDRIO

1 PERILLA DE HULE

1 MANOMETRO DIFERECIAL

1 LLAVE DE PASO

1 TAPON TRIHORADADO

TUBERIA DE VIDRIO Y DE LATEX

SUSTANCIA

AIRE

Propiedades fsicas Es de menor peso que el agua. Es de menor densidad que el agua. Tiene Volumen indefinido. No existe en el vaco. Es incoloro, inodoro e inspido.Propiedades qumicas Reacciona con la temperatura condensndose en hielo a bajas temperaturas y produce corrientes de aire. Esta compuesto por varios elementos entre ellos el oxigeno (O2) y el dixido de carbono elementos bsicos para la vida.

COMPONENTES

DIAGRAMA DE VARIABLES

UTILIZAR LA PERILLA PARA BOMBEAR MAS AIRE AL GARRAFON HASTA ALCANZAR UNA DIFERENCIA DE ALTURAS ENTRE LAS RAMAS DEL MANOMETRO DE 40 CM DE AGUA

CIERRE LA VLVULA Y REGISTRE LA DIFERENCIA DE ALTURAS EN EL MANOMETRO, CUANDO SE ESTABILICEN LAS ALTURAS

INSTALAR EL EQUIPO

A 35 CM , 30 CM Y 25 CM DE DIFERENCIA DE ALTURA

REGISTRE NUEVAMENTE LA DIFERENCIA DE ALTURAS CUANDO SE ESTABILICEN LAS COLUMNAS DE AGUA EN EL MANOMETRO

DESTAPE EL GARRAFON Y COLOQUE OTRA VEZ EL GARRAFON DE FORMA INMEDIATA

REPETIR EL EXPERIMENTO

DatosPresiones manomtricas antes de destapar el garrafn (iniciales)h1 (cmH2O)h2 (cmH2O)

1554.5

17.152

19.749.5

19.749.5

22.347.0

22.347.0

22.347.0

Presiones manomtricas despus de destapar el garrafn (finales)h1 (cmH2O)h2 (cmH2O)

39.829.2

39.230.1

31.138.2

30.738.5

28.141.1

32.037.5

31.537.5

ClculosDiferencia de presiones manomtricas iniciales h = |h2 h1| (cmH2O)

1.- h = |h2 h1| = h = |54.5 15| = 39.52.- h = |h2 h1| = h = |52 17.1|= 34.93.- h = |h2 h1| = h = |49.5 19.7| = 29.84.- h = |h2 h1| = h = |49.5 19.7| = 29.85.- h = |h2 h1| = h = |47.0 22.3| = 24.76.- h = |h2 h1| = h = |47.0 22.3| = 24.77.- h = |h2 h1| = h = |47.0 22.3| = 24.7

Diferencia de presiones manomtricas inciales transformadas a cmHg. Hg = 13.6 g/cm3

P1man = 1.- P1man = = P1man = = 2.9 cmHg2.- P1man = = P1man = = 2.57 cmHg3.- P1man = = P1man = = 2.19 cmHg4.- P1man = = P1man = = 2.19 cmHg5.- P1man = = P1man = = 1.82 cmHg6.- P1man = = P1man = = 1.82 cmHg7.- P1man = = P1man = = 1.82 cmHg

Presin absoluta inicial; P1abs = P1man + Patm (cmHg)

1.- P1abs = P1man + Patm = 2.9 cmHg + 5.85 cmHg = 8.75 cmHg2.- P1abs = P1man + Patm = 2.57 cmHg + 5.85 cmHg = 8.42 cmHg3.- P1abs = P1man + Patm = 2.19 cmHg + 5.85 cmHg = 8.04 cmHg4.- P1abs = P1man + Patm = 2.19 cmHg + 5.85 cmHg = 8.04 cmHg5.- P1abs = P1man + Patm = 1.82 cmHg + 5.85 cmHg = 7.67 cmHg6.- P1abs = P1man + Patm = 1.82 cmHg + 5.85 cmHg = 7.67 cmHg7.- P1abs = P1man + Patm = 1.82 cmHg + 5.85 cmHg = 7.67 cmHg

Diferencia de presiones manomtricas finales h = |h2 h1| (cmH2O)

1.- h = |h2 h1| = h = |29.2 39.8| = 10.62.- h = |h2 h1| = h = |30.1 39.2|= 9.13.- h = |h2 h1| = h = |38.2 31.1| = 7.14.- h = |h2 h1| = h = |38.5 30.7| = 7.85.- h = |h2 h1| = h = |41.1 28.1| = 136.- h = |h2 h1| = h = |37.5 32.0| = 5.57.- h = |h2 h1| = h = |37.5 31.5| = 6.0

Diferencia de presiones manomtricas finales transformadas a cmHg. Hg = 13.6 g/cm3

P2man = 1.- P2man = = P2man = = 0.78 cmHg2.- P2man = = P2man = = 0.67 cmHg3.- P2man = = P2man = = 0.52 cmHg4.- P2man = = P2man = =0.57 cmHg5.- P2man = = P2man = = 0.96 cmHg6.- P2man = = P2man = = 0.40 cmHg7.- P2man = = P2man = = 0.44 cmHg

Presin absoluta final; P2abs = P2man + Patm (cmHg)

1.- P2abs = P2man + Patm = 0.78 cmHg + 5.85 cmHg = 6.63 cmHg2.- P2abs = P2man + Patm = 0.67 cmHg + 5.85 cmHg = 6.52 cmHg3.- P2abs = P2man + Patm = 0.52 cmHg + 5.85 cmHg = 6.37 cmHg4.- P2abs = P2man + Patm = 0.57 cmHg + 5.85 cmHg = 6.42 cmHg5.- P2abs = P2man + Patm = 0.96 cmHg + 5.85 cmHg = 6.81 cmHg6.- P2abs = P2man + Patm = 0.40 cmHg + 5.85 cmHg = 6.25 cmHg7.- P2abs = P2man + Patm = 0.44 cmHg + 5.85 cmHg = 6.29 cmHg

Clculo de gama =| |

1.- =| | =| | = 1.372.- =| | =| | = 1.35

3.- =| | =| | = 1.31

4.- =| | =| | = 1.35

5.- =| | =| | = 2.11

6.- =| | =| | = 1.28

7.- =| | =| | = 1.32

Clculo de porcentaje de error experimental

%error = | | *1001.- | | *100 = 2.14%

2.- | | *100 = 3.57%

3.- | | *100 = 6.43%

4.- | | *100 = 3.57%

5.- | | *100 = 11.43%

6.- | | *100 = 8.57%7.- | | *100 = 5.7%

Clculo de gama promedio (slo considerando las que generaron menos error experimental)

= = 1.3475

Porcentaje de error experimental en gama promedio

%error = | | *100 = | | *100 = 3.75%

ResultadosDatos inicialesh1 (cmH2O)h2 (cmH2O)h (cmH2O)P1man(cmHg)P1abs(cmHg)

11554.539.52.98.75

217.15234.92.578.42

319.749.529.82.198.04

419.749.529.82.198.04

522.347.024.71.827.67

622.347.024.71.827.67

722.347.024.71.827.67

Datos finalesh1 (cmH2O)h2 (cmH2O)h (cmH2O)P2man(cmHg)P2abs(cmHg)%error

139.829.210.60.786.631.372.14

239.230.19.10.676.521.353.57

331.138.27.10.526.371.316.43

430.738.57.80.576.421.353.57

528.141.1130.966.812.1111.43

632.037.55.50.406.251.288.57

731.537.56.00.446.291.325.7

= 1.3475%error de = 3.75%

Cuestionario1.- En qu momento del experimento se llevan a cabo los procesos: a) adiabtico y b) isomtrico? Explique brevemente.a) El proceso adiabtico ocurre cuando el sistema pasa del estado 1 al 2, que es cuando se destapa y tapa rpidamente el garrafn, ocasionando un cambio de presin muy rpido en el sistema sin permitir alguna transferencia de calor.b) El proceso isomtrico se lleva a cabo cuando el sistema va del estado 2 al 3 ya que tapando de nuevo el garrafn se devuelve un poco de presin al sistema y as mismo aumenta un poco su temperatura, pero manteniendo un volumen constante.2.- Por qu no se lleva a cabo de manera fsica el proceso isotrmico?R = Porque al ser el bombeo de aire rpido no hay friccin generada por la presin y por lo tanto la temperatura se mantiene constante.3.- En una expansin adiabtica un gas se enfra. Cmo explica esto si Q = 0?R = En los procesos adiabticos, al no existir transferencia de calor, en la expansin de un gas hay una reduccin de la energa interna, debido al trabajo realizado y como consecuencia, existe una disminucin de la temperatura, generando un enfriamiento de los gases.4.- Calcule el porcentaje de desviacin entre el valor obtenido para (promedio) en comparacin con el valor tericamente esperado.Clculo de gama promedio (slo considerando las que generaron menos error experimental)= = 1.3475Porcentaje de error experimental en gama promedio%error = | | *100 = | | *100 = 3.75%5.- Calcule los volmenes y las temperaturas para dos procesos de expansin de 1 mol de aire que inicialmente est a CNPT, uno isotrmico y otro adiabtico.Proceso isotrmico. n= 1 mol de aire, T = 273K, PV = cte, P1V1 = P2V2Presin (atm)10.90.80.70.60.50.40.30.2

Volumen (L)22.424.89283237.3344.85674.67112

Proceso adiabtico. n = 1 mol de aire, PV = cte, P1V1 = P2V2

Presin (atm)10.90.80.70.60.50.40.30.2

Volumen (L)22.424.1526.2728.932.2636.7543.152.9370.71

Temperatura K273264.95256.24246.71236.15224.24210.48193.98172.9

Aire (mezcla de gases diatmicos)n= 1 molComposicin del aire79%mol N221%mol O2R = 0.082 atmL/molK = 1.987 cal/molkCp = 7 cal/molKCv = 5 cal/molKP1 = 1 atmT1 = 273K

Proceso isotrmicoV1 = = = 22.4 L

V2 = = = 24.89L; V3 = = = 28 L; V4 = = = 32LV5 = = = 37.33L; V6 = = = 44.8L; V7 = = = 56LV8 = = = 74.67L; V9 = = = 112L

Proceso adiabtico

V2 = ((P1V1)/P2))^1/ = ((1atm*22.4L1.4)/0.9atm))^(1/1.4) = 24.15LV3 = ((0.9atm*24.15L1.4)/0.8atm))^(1/1.4) = 26.27LV4 =((0.8atm*26.27L1.4)/0.7atm))^(1/1.4) = 28.9LV5 = ((0.7atm*28.9L1.4)/0.6atm))^(1/1.4) = 32.26LV6 = ((0.6atm*32.26L1.4)/0.5atm))^(1/1.4) = 36.75LV7 = ((0.5atm*36.75L1.4)/0.4atm))^(1/1.4) = 43.1LV8 = ((0.4atm*43.1L1.4)/0.3atm))^(1/1.4) = 52.93LV9 = ((0.3atm*52.93L1.4)/0.2atm))^(1/1.4) = 70.71L

T2 = (T1) ( ) = (273K) ( ) = 264.95KT3 = (264.95K) ( ) = 256.24KT4 = (256.24K) ( ) = 246.71KT5 = (246.71K) ( ) = 236.15KT6 = (236.15K) ( ) = 224.24KT7 = (224.24K) ( ) = 210.48KT8 = (210.48K) ( ) = 193.98KT9 = (193.98K) ( ) = 172.9K6.- Trace los datos de las dos tablas anteriores en un diagrama P vs V, correspondientes a las curvas de los procesos isotrmico y adiabtico. Interprete los resultados obtenidos.

7.- Qu condiciones permiten que un proceso sea adiabtico?Fundamente su respuesta en trminos de:a) rapidez de la realizacin del proceso b) aislamiento del sistema c) Trminos de la ecuacin de la primera ley de la termodinmicaR= a) y b): Para que un proceso sea adiabtico, el sistema se debe aislar de manera que no permita intercambio de calor con los alrededores, es decir que no haya grietas o fugas; adems de que esto se debe hacer de manera rpida para evitar dicha transferencia.c) La primera ley de la termodinmica no establece restriccin alguna sobre la conversin entre las diferentes formas de energa, sino que nicamente indica que la cantidad total de energa debe ser constante.

8.- En un proceso adiabtico, para qu se utiliza ?R= Se utiliza para conocer los valores de Cp y Cv o viceversa, y con stos se pueden conocer los valores del cambio de temperatura, presin y volumen en un proceso adiabtico.

9.- Describa brevemente el ciclo de refrigeracin, ilustrando su figura con un esquema

CONCLUSION Primero que nada ay que dar nfasis en que en nuestro equipo por el desempeo, el compaerismo y claro la organizacin se pudo realizar el proceso siete veces, lo cual propicio que todos los integrantes tuvimos la oportunidad de realizar el experimento y as poder realizar la compresin adiabtica y la expansin isotrmica (utilizando el manmetro y dejando entrar aire al sistema descontrolando as el equilibrio en el mismo) y esto propiciara una modificacin no solo en la P sino tambin en el V y la T.Esto claro con el motivo de encontrar a la gama, que tericamente era 1.40, el error ms bajo que se tuvo en la prctica fue de 6 % con 1.34 esto nos ayud a comprender que o nuestro tapado y destapado no fue el adecuado lo que propicio el error.Algo que fue explicado detallada y precisamente por el ingeniero fue que la temperatura es constante y ocurre al abrir y quitar la compresin adiabtica-ocurre una expansin isotrmica , eso fue explicado puntualmente y hasta de manera grfica claro confines prcticos.