domingo, 13 de marzo de 2016

Proyecto integrador semana 4 modulo 12


Experimentando con las leyes de los gases.



Introducción.

Las leyes de los gases surgen de relaciones empíricas que se observaron durante la experimentación con fluidos; estas relacionan las variables de presión, temperatura, volumen y moles. Estos estudios comenzaron a realizarse a finales del siglo XVII, ya que se observo que independientemente de la naturaleza del gas, estos reaccionan ante diversos cambios que implican las variables antes mencionadas.
De estas observaciones se han desprendido las diferentes leyes de los gases, que son:

Ley de Gay-Lussac, que fue formulada por el físico y químico francés del mismo nombre en el año de 1802, la cual establece una relación directamente proporcional entre temperatura y presión, de un volumen de gas que permanece constante.

Ley de Boyle-Mariotte, la cual fue enunciada independientemente por el filósofo natural, químico, físico e inventor de origen irlandés, Robert Boyle en 1662 y por el físico y botánico francés Edme Mariotte en 1676; esta relaciona de manera directamente proporcional la presión y el volumen de una masa gaseosa, cuando su temperatura es constante.

Ley de Charles, la cual es llamada así por Jacques Alexandre César Charles, un inventor, científico y matemático francés, quien la descubre en el año de 1787; y esta relaciona de manera directa y proporcional, el volumen de una masa gaseosa con la temperatura absoluta del gas, cuando su presión se mantiene constante.

Ley de Avogadro, formulada por Lorenzo Romano Amedeo Carlo Avogadro en 1811, quien fue un físico y químico italiano, así como profesor de física de la Universidad de Turín; esta nos dice, que el volumen de un gas es directamente proporcional a la cantidad de materia, en condiciones de presión y temperatura constantes.

Ley general de los gases o ecuación general de los gases, es una ley que combina las leyes de Boyle, Charles y Gay-Lussac; y es este ultimo quien las unifico, creando la ecuación del gas ideal, la cual considera una masa de gas hipotético confinado en un contenedor, donde se pueden variar presión, volumen y temperatura, pero manteniendo constante la masa, este gas hipotético seria formado por partículas sin atracción ni repulsión entre ellas, por lo que los choques entre las partículas serian elásticos (conservación de momento y energía cinética); aunque los gases ideales no existen, los que mas se acercan a este aspecto, son los que cuentan con una masa molecular no muy alta, a presiones no muy bajas y a temperaturas no excesivamente bajas.

De entre todas estas leyes quiero destacar la Ley de Gay-Lussac, que como se ha explicado con anterioridad, relaciona a la temperatura de forma directamente proporcional con la presión del gas, cuando su volumen es constante; esta ley nos indica en su enunciado que al aumentar la temperatura a la que esta expuesto un gas, su presión aumentara de forma proporcional, así como si su temperatura baja su presión disminuirá de la misma forma.
Esta información me permitirá explicar el resultado del experimento que mas delante se relatara, donde se busca observar y explicar el efecto del aumento de la temperatura en la presión de un gas, cuyo volumen permanecerá constante.

  


Teoría.

La ley de Gay-Lussac, fue enunciada por Joseph Louis Gay-Lussac en el año de 1802 y establece que la presión de un volumen fijo de gas, es directamente proporcional a su temperatura.
Es decir que al aumentar la temperatura, las moléculas del gas se mueven más rápidamente, haciendo que los choques de estas, contra las paredes del recipiente que contienen a la masa gaseosa también aumenten, ocasionando así el incremento de la presión.
Gay-Lussac descubrió durante este proceso, que el cociente entre la presión y la temperatura siempre tenían el mismo valor; de ahí se desprende la expresión algebraica que demuestra esta ley.

P/T=K

Por ejemplo, si tenemos un volumen de gas constante V, que se encuentra a una presión P_1 y a una temperatura T_1 y variamos la temperatura, aumentando su valor T_2, la presión también cambiara hasta alcanzar un nuevo valor P_2; y esto se vera cumplido en la siguiente ecuación, que es la misma ley de Gay-Lussac, expresada de diferente manera.

 P_1/T_1 =P_2/T_2 




Material y equipo.

El material que se necesitara para este experimento es el siguiente:
·         1 botella de vidrio.
·         1 corcho.
·         1 botella de plástico con su tapadera.
·         1 popote.
·         1 manguera flexible de aproximadamente 20 cm. (en mi caso use un trozo de una manguera que se utiliza para suministrar suero).
·         Silicón caliente.
·         Una olla.
·         Agua.
·         Agua teñida con algún colorante.
·         Hielo.




Procedimiento.

Como primer paso, procederemos a armar el dispositivo casero, que nos ayudara a comprobar la ley de Gay-Lussac.
·         En nuestro corcho y en la tapadera de nuestra botella de plástico, haremos una y dos perforaciones respectivamente.
·         A la tapadera que se le han realizado dos orificios, se le insertaran la manguera y el popote; a continuación el otro extremo de nuestra manguera, la insertaremos en el orificio de nuestro corcho y procederemos a sellar con silicón, esto deberá quedar de la siguiente manera.



·         Después de tener el armado de nuestras tapaderas, verteremos en la botella de plástico el agua teñida con colorante y taparemos nuestras botellas, quedando de la siguiente manera. La botella con agua de color, nos servirá a modo de manómetro, con el cual pretendemos observar el aumento de presión sobre el gas contenido en la botella de vidrio, que no es mas que aire u oxigeno.


·         Después procederemos a llenar nuestra olla con agua natural y la llevaremos a una hornilla para calentarla; dentro del agua colocaremos nuestra botella de vidrio y dejaremos por un lado nuestro manómetro casero, cuidando que tenga el mismo nivel que la botella de vidrio, ya que como sabemos la atmosfera también ejerce presión (presión atmosférica) en los fluidos y esto podría afectar los resultados de nuestro experimento. De la misma manera en que expondremos a nuestra botella a un aumento de temperatura, también dejaremos que tenga un descenso de temperatura gradual a temperatura ambiente y por ultimo un descenso mas acelerado aplicándole agua con hielo.
Para este experimento, no es necesario aplicar ninguna medida de seguridad, ya que al exponer la botella a un cambio gradual de temperatura, en lo que comúnmente conocemos como baño maría, no se corre el riesgo de que esta se rompa, ocasionándonos daño alguno.

Resultados.

Al exponer la botella de vidrio, que en este caso es el contenedor de nuestro gas que permanece con un volumen constante, a un incremento de temperatura, se pudo observar como ascendía por el popote de nuestro manómetro casero el liquido azul, indicando un aumento en la presión; esto se debe que al aumentar la temperatura de nuestro gas, los choques entre las moléculas son mas rápidos y producen un aumento de presión, misma que empuja al liquido azul haciendo que este suba por el popote y sea expulsado de la botella.


Minutos después de extraer la botella de vidrio del agua caliente, para exponerla a la temperatura ambiente, se pudo observar como el nivel del líquido azul alojado en el popote comenzó a descender lentamente, lo que a su vez representa un descenso en la presión.




Para poder observar un cambio más drástico en el nivel de presión de nuestro gas, expusimos la botella a un cambio de temperatura más brusco, introduciéndola en agua con hielo; lo cual dio resultados positivos, pues al acelerar el descenso de la temperatura del gas contenido en la botella, también se acelero el descenso de la presión de este.




   
Los resultados de este experimento, se pueden representar visualmente por medio de esta grafica, donde se muestra como al llevar a un gas que contaba con una temperatura (T_1) y una presión (P_1), a una temperatura mas elevada (T_2) su presión también aumenta alcanzando un nuevo valor (P_2).



 

Cumpliéndose así la ecuación que se desprende de la ley de Gay-Lussac.


 P/T=K


P_1/T_1 =P_2/T_2  




Conclusiones.


Mediante este sencillo experimento que se ha realizado con los materiales indicados y tras la practica, donde se expuso a un cambio de temperatura a un gas cuyo volumen permaneció constante y confinado en un recipiente, pudimos darnos cuenta en forma y tiempo real de su comportamiento, gracias a esta practica podemos concluir que la ley de Gay-Lussac se cumplió y comprobó satisfactoriamente.
En nuestro experimento contamos con un volumen (V) constante de gas, que inicialmente tenia una temperatura (T_1) y una presión (P_1), con la finalidad de comprobar la ley de Gay-Lussac, se realizo un cambio en las variables, manipulando la temperatura de nuestro gas, llevándolo hasta otra temperatura con un nuevo valor (T_2), lo que hizo que la presión también aumentara hasta llegar a una presión con un nuevo valor (P_2).
Se pudo observar de manera clara, que al aumentar la temperatura del gas, su presión también aumenta; y de igual manera, al disminuir la temperatura del gas su presión también disminuye; cumpliendo así con la función de las variables que relaciona la ley de Gay-Lussac, que dice: “La presión de un volumen fijo de gas, es directamente proporcional a su temperatura”.




  
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