miércoles, 13 de enero de 2016

Módulo 12 Proyecto Integrador: Experimentando con la Leyes de los Gases.


Proyecto Integrador: Experimentando con la Leyes de los Gases.
 Ley de Charles y Gay Lussac

INTRODUCCIÓN

Como sabemos la ley de Charles y Gay Lussac es una de los bases más importante de los gases sabiendo que “la dilatación de una sustancia gaseosa contenida en el recipiente, puede observarse de forma controlada, sumergiendo el matraz en un baño de agua cuya temperatura puede variarse a voluntad.

El 2 de noviembre de 1746 y falleció en París el 7 de abril de 1823, Jacques Alexandre César Charles, químico, físico y aeronauta francés, nació en Beaugency, Charles no publicó sus experimentos y hacia 1802 Gay-Lussac publicó sus observaciones sobre la relación entre el volumen y la temperatura cuando se mantiene constante la presión, por lo que a la ley de Charles también se le llama a veces ley de Charles y Gay-Lussac. Al tener noticias de las experiencias de los hermanos Montgolfier con su globo aerostático propuso la utilización del hidrógeno, que era el gas más ligero que se conocía entonces, como medio más eficiente que el aire para mantener los globos en vuelo. En 1783 construyó los primeros globos de hidrógeno y subió él mismo hasta una altura de unos 2 km, experiencia que supuso la locura por la aeronáutica que se desató en la época.

La ley de Charles es una ley de los gases que dice que el volumen de un gas cambia cuando lo hace la temperatura. La ley de Charles plantea que “a una presión constante, el volumen de una masa dada de un gas ideal incrementa por el mismo factor que su temperatura aumenta o disminuye”.  La temperatura debe estar expresada en la escala Kelvin.

El objetivo de mi experimento es demostrar que el aire es un gas, y como todos ellos se expande con el aumento de la temperatura y ocupa más espacio. Por el contrario, con el frío se comprime y ocupa menos espacio. Los gases pueden cambiar su volumen por un cambio de la temperatura o de la presión. A más temperatura y menos presión ocupan mayor volumen. Ley de Charles y Gay-Lussac: “El volumen de un gas es directamente proporcional a su temperatura si la presión se mantiene constante”.

¿DE DONDE 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 no es gran ciencia, 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 instante de la presión en el interior del recipiente y aumentará el volumen el émbolo se desplazará hacia arriba hasta que la presión se iguale con la exterior.

¿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.
T       V      
V1/T1= V2/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.

MATERIAL:
Un globo
Estufa (flama)
Un recipiente
Agua
1 botella de plástico

PROCEDIMIENTO:
Llenamos el recipiente de agua para que a la hora de meter la botella de plástico dentro no se funda, para esto tendremos lista la cubeta, la botella vacía con el globo.

La ponemos en una fuente de calor y ponemos un globo en la boca de la botella que será la muestra de que el gas se expande y con esto llenaremos el globo.
Ponemos la botella en la fuente de calor y a escasos segundos podemos apreciar como el globo se va inflando poco a poco.
En el recipiente con agua hacemos el efecto contrario, enfriamos la botella con lo que el gas se contrae y el globo se vuelve a desinflar.
Entre más se enfría la temperatura baja y el globo se desinfla.

 No podemos dejar a un lado las medidas de seguridad, como el tomar con cuidado la botella, cuando la exponemos a la lumbre, ya que puede quemarnos de repente, o utilizar guantes.
El experimento puede fallar si hay fuga de aire entre el globo y la botella, y también si la diferencia de temperatura no es suficiente para cambiar notablemente el volumen del aire dentro de la botella.

RESULTADOS

El aire es un gas, y como todos ellos se expande con el aumento de la temperatura y ocupa más espacio. Por el contrario, con el agua fría se comprime y ocupa menos espacio. “Nota que es la misma cantidad de aire”.

Podemos afirmar que, cuanto más caliente está un cuerpo, mayor es su temperatura y mayor es la cantidad de calor que este cuerpo puede transmitir a otros. Así mismo, si se calientas dos masas de agua diferentes, que inicialmente se encuentran a la misma temperatura, con la misma estufa y durante el mismo tiempo, es posible controlar que la cantidad más pequeña de agua experimenta un aumento de temperatura mayor que aquel que registra la misma cantidad.


Es decir, aunque ambas reciben la misma cantidad de calor, las variaciones de calor que se obtienen de calor son diferentes. El aire frío del interior de la botella tiene una menos presión que el que se encuentra en el exterior, por lo que este último empuja al globo hacia el interior de la botella.

Los gases pueden cambiar su volumen por un cambio de la temperatura o de la presión. A más temperatura y menos presión ocupan mayor volumen.

CONCLUSION
A presión constante si aumentamos la temperatura de una masa de gas esta se expande aumentando su volumen.
La temperatura y el volumen son proporcionales y que la temperatura es el movimiento de partículas así que si la temperatura aumenta también aumenta el volumen y si la temperatura disminuye también disminuye el volumen.
La presión es directamente proporcional a la temperatura absoluta, si el volumen permanece constante.