Reporte de práctica: Ley de Charles & Gay Lussac
Alumno: Elber González López
Facilitador: José Blas Ron Limón
Modulo 12 semana 4 Grupo: M12C4G7-666
Introducción
El
siguiente proyecto tiene entre otros objetivos el de ampliar nuestro
conocimiento con un experimento que nos permita comprender el tema de los gases
y sus leyes, sus formulas y las dinámicas que existen entre sus moléculas;
previamente recordaremos un poco de lo que es en definición un gas:
"Se
denomina gas al estado de agregación de la materia en el
que las sustancias no tienen forma ni volumen propio, adoptando el de los
recipientes que las contienen". Las moléculas que constituyen un gas casi
no son atraídas unas por otras, por lo que se mueven en el vacío a gran
velocidad y muy separadas unas de otras, explicando así las propiedades:
Las
moléculas de un gas se encuentran prácticamente libres, de modo que son capaces
de distribuirse por todo el espacio en el cual son contenidos. Las fuerzas
gravitatorias y de atracción entre las moléculas son despreciables, en
comparación con la velocidad a que se mueven las moléculas.
Los
gases ocupan completamente el volumen del recipiente que los contiene.
De
los tres estados de las materias, en el estado gaseoso las interacciones entre
sus partículas son mínimas, por lo que es en este caso donde el estudio y la
interpretación de los resultados obtenidos son menos complicados. Como
resultado de tales estudios se ha llegado a establecer una serie de
generalizaciones empíricas que se incluye bajo la denominación de leyes de los
gases, las cuales describen el comportamiento de dichas sustancias en
determinadas condiciones especiales.
Si
un gas es introducido en un recipiente cerrado, sus moléculas se moverán según
las consideraciones de la teoría cinética molecular, con una velocidad que
aumentará con la temperatura.
Finalmente
con el experimento comprobaremos la teoría de la ley de Charles &
Gay-Lussac, al demostrar como aumenta el volumen de nuestro globo, al aumentar
la temperatura al interior de la botella.
Teoría
Los
gases reaccionan más rápidos y drásticamente a los cambios en el entorno que
los sólidos y los líquidos, este comportamiento nos permite utilizarlos para
muchas aplicaciones prácticas en nuestra vida diaria. Las propiedades que
poseen los gases son volumen,
temperatura y presión. La ley con la cual trabajaremos será la ley de
Charles ya que esta nos comenta que el volumen de un gas se incrementa de
manera directa cuando la temperatura aumenta. O dicho de otra manera “A presión
constante, el volumen de la masa
¿De dónde surge?
En
1787, Jack Charles estudió por primera vez la relación entre el volumen y la
temperatura de una muestra de gas a presión constante y, observó que cuando se
aumentaba la temperatura el volumen del gas también aumentaba y que al enfriar
el gas, el volumen disminuía. Esta Ley fue primeramente formulada por Jacques
Charles en 1787, que descubrió que la relación del volumen de un gas con la
temperatura era: V = V0 (1 + α t) donde V0 es el volumen del gas a 0ºC, t la
temperatura (ºC) y
Una
constante para todos los gases. Los trabajos de Charles, que no fueron
publicados, cayeron por casualidad en manos de Joseph-Louis Gay-Lussac, quien
repitió los experimentos de Charles y publicó el resultado en 1802. Esta Ley es
en realidad un caso particular de la Ley de los gases ideales (también llamada
ley de los gases perfectos) cuando la presión no varía (es decir durante un
proceso isobárico).
¿Qué problema resuelve?
Es
una de las leyes que nos explica como los gases tienden a expandirse cuando se
calientan. Los problemas de Charles se trabajan en escala absoluta, es decir la
temperatura debe estar en grados Kelvin, para ello (esto no es problema), solo
debemos sumar 273 a las temperaturas que tenemos en grados Celsius también
conocido como centígrados. Cuando aumentamos la temperatura del gas las
moléculas se mueven con más rapidez y tardan menos tiempo en alcanzar las
paredes del recipiente. Esto quiere decir que el número de choques por unidad
de tiempo será mayor. Es decir, se producirá un aumento por un
Actualmente
ha resuelto varios problemas de termodinámicas y tiene un extenso uso en la
industria y en áreas de generación de energía
¿Que representa?
Lo
que Charles descubrió es que, a presión constante, el cociente entre el volumen
y la temperatura de una cantidad fija de gas, es igual a una constante.
P
= presión
V
= volumen
R
= constante de los gases = 0,0821 [atm L / mol K]
n
= número de moles
T
= temperatura absoluta (temperatura en Kelvin)
En
1848 William Thomson, propuso una escala de temperatura absoluta, ahora
conocida como escala Kelvin. En esta escala, 0 K, que es conocida como cero
absolutos, es igual a -273,15 oC. En términos de la escala Kelvin, la ley de
Charles puede expresarse como sigue: El volumen de una cantidad fija de gas
mantenida a presión constante, es directamente proporcional a su temperatura
absoluta.
V =
Constante*T
o V/T = Constante
Con P y n constantes.
Ahora demostraremos la ley de charles y Gay Lussac por medio de su
experimentación. En el medimos magnitudes como volúmenes y temperaturas por
métodos experimentales para luego ser comparados con los valores que predice la
teoría. Además, determinamos experimentalmente el valor de cero absolutos por
métodos gráficos y no gráficos. Teniendo en cuenta lo hecho nuestra principal
conclusión es: En gas a presión constante
el volumen es directamente proporcional a la temperatura. En el siguiente
experimento emplearemos la ley de Charles, esta ley dice que, si se mantiene la
presión constante, el volumen del gas aumentará en la misma proporción en que
aumenta su temperatura insoluta.
V/T=Constante V1/T1=V2/T2
P/T=Constante P1/T1=P2/T2
Si
un globo se llena de aire, se volverá más pequeño (su volumen disminuirá) si se
enfría, pero se volverá más grande (su volumen aumentará) si se calienta. El
aire (gas) de dentro del globo adquiere un volumen menor si el globo se enfría,
y un volumen mayor cuando el globo se calienta. Cuando usas la ley de Charles,
la presión del aire (gas) exterior debe mantenerse igual (ser constante) porque
la presión de afuera influye en la presión del gas que está en el globo.
Materiales
para nuestro experimento:
Una botella de
plástico
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Globo
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Estufa
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Una olla con un poco
de agua
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Recipiente
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Procedimiento:
Lo
primero que hare será colocar el globo en la parte de arriba de la botella de
plástico.
Después
colocaremos la olla con un poco de agua en la estufa y prenderemos el quemador
donde colocaremos la olla. Dentro de la olla pondremos la botella para ver qué
es lo que sucede con el globo.
Precaución:
Tengan
cuidado con el agua de la olla ya que se pondrá muy caliente y la botella de
plástico se estará moviendo por el constante burbujeo del agua.
Te
recomiendo usar unas pinzas o en su defecto guantes para manipular los
elementos del experimento, nunca esta por demás hacer énfasis en nuestra
seguridad y de quienes nos ayudan en dicho proyecto,
Enseguida
vemos como el vapor generado dentro de la botella hace que el globo se empiece
a llenar, por lo cual se comienza a levantar y a inflar (aumenta su volumen
debido al incremento de la temperatura.
Como
observamos va de menos a más, según aumente la temperatura de la estufa y se
comience a calentar el interior de la botella esto hará que aumente la presión
ejercida en las paredes del globo por lo que aumenta su volumen.
Resultados:
Al
principio se puede ver que el globo se encuentra desinflado en la boca de la
botella. Al pasar un poco el tiempo, la temperatura en el interior de la
botella aumenta y nuestro globo comienza a incrementar su tamaño. Se puede
observar en las imágenes que a mayor temperatura mayor volumen, es por esto que
el globo consigue inflarse.
Después
la pasamos al recipiente con agua fría y logramos que se desinflara totalmente,
proseguimos a meterlo nuevamente a la olla y comenzó de nuevo a incrementar su
volumen, lo retiramos del fuego aun un tanto inflado para comprobar nuevamente,
pero esta vez a temperatura ambiente, como se restablecía nuevamente a su
tamaño normal, al cabo de un pequeño rato, por lo que los resultados son
satisfactorios.
Similar
a esta operación quedo la nuestra:
Conclusiones:
Es
importante destacar que comprobamos lo que nos menciona la ley de Charles, que
a mayor temperatura el volumen aumenta y esto es lo que nos sucedió con nuestro
experimento ya que al incrementar la temperatura de nuestra botella, el volumen
del globo aumento, y después cuando dejamos enfriar la botella a temperatura
ambiente, este volumen disminuyo a como estaba al principio. Conocer las leyes
de los gases fue una experiencia buena y enriquecedora ya que comprendí lo valioso
de estas leyes y la importancia que tienen estos principios en la vida
cotidiana, aunque al principio me costó algo de trabajo identificarlas; ahora
se mas de su evolución y uso en la historia de la humanidad. Además de que
también puedo resolver los problemas que me pongan con mayor facilidad pues
aprendí a aplicar sus formulas.
Referencias:
Todos
los recursos a continuación nombrados, fueron revisados entre los días 12 y 17
de Junio del año 2017. Módulo 12. Matemáticas y Representaciones del Sistema
Natural Unidad III. Ley De Los Gases Semana 3
Nota: Algunas imágenes fueron tomadas de google y sirven solo como
referencia extra al experimento.
