Temperatura y Capilares

Nuestro objetivo para este trabajo experimental es de comprobar o estudiar el volumen en un capilar al subir la Temperatura. Y luego graficar los datos obtenidos del trabajo realizado, donde X la graficaremos como la Temperatura (tª), e Y como la Altura (h).


Marco Teórico

Temperatura

La temperatura es la propiedad de los sistemas que determina si están en equilibrio térmico. El concepto de temperatura se deriva de la idea de medir el calor o frialdad relativos y de la observación de que el suministro de calor a un cuerpo conlleva un aumento de su temperatura mientras no se produzca la fusión o ebullición.

La Medida De La Temperatura

La temperatura puede medirse en tres escalas diferentes:

  1. Escala Celsius o centígrada: Fija un valor de la temperatura igual a 0 en el punto de congelación del agua, y un valor de la temperatura igual a 100 en el punto de ebullición del agua a la presión atmosférica normal. El intervalo entre ambas temperaturas se divide en cien partes iguales, cada una de las cuales se denomina grado centígrado o grado Celsius ( ºC ).
  2. Escala Kelvin o absoluta: Fija un valor de la temperatura igual a 0 en la temperatura más baja, que corresponde al estado en el que todas las moléculas que forman un cuerpo estarían en reposo, y que equivale a -273 ºC, y cada unidad de esta escala tiene el mismo valor que el de la escala centígrada. Para obtener Kelvin se utiliza esta ecuación: K = C + 273
  3. Escala Fahrenheit o anglosajona: Fija un valor de la temperatura igual a 32 en el punto de fusión del agua, y un valor de la temperatura igual a 212 en el punto de ebullición del agua a la presión atmosférica normal. El intervalo entre ambas temperaturas se divide en 180 partes iguales cada una se denomina grado Fahrenheit. Para obtener en grado Fahrenheit una temperatura, se utiliza esta ecuación: F = 9 · C/5 + 32

Presión

La Presión es la fuerza por unidad de superficie que ejerce un líquido o un gas perpendicularmente a dicha superficie (P = F/S). La presión suele medirse en atmósferas; en el Sistema Internacional de unidades (SI), la presión se expresa en newton por metro cuadrado; un newton por metro cuadrado es un pascal (Pa). La atmósfera se define como 101.325 Pa, y equivale a 760 mm de mercurio en un barómetro convencional.

Volumen

El volumen es la medida del espacio ocupado por un cuerpo. El volumen se mide en unidades cúbicas, como metros cúbicos o centímetros cúbicos en el sistema métrico decimal de pesos y medidas. El volumen también se expresa a veces en unidades de medida de líquidos o áridos, como litros (1 litro = 1 decímetro cúbico).

MOL

El mol es una unidad para comparar la cantidad de partículas que contienen las muestras de sustancias con las que trabajan los químicos, y representan un número definido de moléculas, átomos, iones etc.

El mol de una sustancia pura contiene exactamente el mismo número de moléculas que el mol de otra sustancia pura cualquiera.

El número de partículas que contiene un mol recibe el nombre de número de Avogadro y se representa por NA. El número de Avogadro tiene un valor de: NA = 6,02 · 1023 moléculas/mol.
Para medir el mol de una sustancia pura hay que tomar tantos gramos de la sustancia como unidades de masa atómica tiene su molécula.

Calor

El calor es la transferencia de energía de una parte a otra de un cuerpo, o entre diferentes cuerpos, en virtud de una diferencia de temperatura. El calor es energía en tránsito; siempre fluye de una zona de mayor temperatura a una zona de menor temperatura, con lo que eleva la temperatura de la segunda y reduce la de la primera, siempre que el volumen de los cuerpos se mantenga constante. La energía no fluye desde un objeto de temperatura baja a un objeto de temperatura alta si no se realiza trabajo.

Ley De Los Gases Ideales

En los gases ideales, las variables macroscópicas incluyen la presión (p), el volumen (V) y la temperatura (T). La ley de Boyle-Mariotte afirma que el volumen de un gas a temperatura constante es inversamente proporcional a la presión. La ley de Charles afirma que el volumen de un gas a presión constante es directamente proporcional a la temperatura absoluta. La combinación de estas dos leyes proporciona la ley de los gases ideales pV = nRT (n es el número de moles), también llamada ecuación de estado del gas ideal. La constante de la derecha, R, es una constante universal cuyo descubrimiento fue una piedra angular de la ciencia moderna.

Ley De Charles

La ley de Charles dice que “Para una misma masa de gas, la variación de volumen es directamente proporcional a la variación de temperatura absoluta, siempre y cuando la presión sea constante (proceso isobárico)”

Estado 1 Estado 2
T1 T2
V1 V2
n n
P1 P1

P1 · V1 = n · R · T1 P1 · V2 = n · R · T2
P1 · V1 = n · R P1 · V2 = n · R
T1 T2

P1 · V1 P1 · V2 V1 V2
T1 T2 T1 T2

Proceso Isobárico

Es el proceso en el cual la transformación termodinámica a lo largo de la cual la presión permanece constante. La mayoría de las reacciones químicas son procesos isobáricos, así como la fusión del hielo en agua a presión atmosférica. P1 = P2

Observaciones

Tenemos un soporte universal del cual cuelga una regla con un capilar el cual contiene una gota de mercurio. En la rejilla de asbesto colocamos un vaso precipitado con agua a temperatura ambiente.
Bajo la rejilla de asbesto pusimos el mechero que calentará el agua que contiene el vaso precipitado. También tenemos un termómetro con el cual mediremos la temperatura del agua, a medida que vaya calentándose.

Hipótesis

Nosotros creemos que a medida que incrementemos temperatura al agua que está dentro del vaso precipitado, al calentarse la regla con el capilar que contiene la gota de mercurio, el volumen de este subirá gradualmente, produciendo una recta en un gráfico.

La temperatura inicial del agua es de 15º C y el volumen de aire que ejercía sobre el capilar era de 7,6 cm.

Experimento

En este experimento vamos a verificar nuestra hipótesis utilizando el marco teórico investigado.

Lo primero que hicimos fue llenar el vaso precipitado con agua, la cual estaba a 15º C. Luego colocamos el vaso precipitado sobre la rejilla de asbesto. Bajo la rejilla de asbesto pusimos el mechero el cual calentará gradualmente el agua. Con el soporte universal colgamos la regla que sostiene el capilar. La regla la pusimos dentro del vaso precipitado para medir la altura que va variando dependiendo de la temperatura del agua.

Primero tomamos la temperatura del agua la cual estaba a 15º C y la altura que alcanzó la gota de mercurio fue de 7,6 cm. Luego al comenzar a calentar el agua medimos la temperatura a los 25º C en el cual la gota de mercurio subió a 8 cm. por lo tanto la gota al incrementarle 10 grados de calor subió 0,4 cm. Luego la medimos en 35º C y alcanzó la altura de 8,4 cm. subió 0,4 cm. más. La otra medida fue en los 52º C y la altura medida fue de 8,8 cm. subió 0,4 cm. más. En los 61º C la altura fue de 9,1 cm. por lo cual subió 0,3 cm. de la altura anterior. La última medida que tomamos fue a los 71º C y la altura de la gota de mercurio alcanzó los 9,4 cm. subió respecto a la medida anterior 0,3 cm.
Tª h
15 7,6
25 8
35 8,4
52 8,8
61 9,1
71 9,4

y = 0,0312x + 7,2033 (regresión lineal)

Si vemos la recta extrapolada, se ve que en el punto x = -230,875 la altura es 0

Generalización

Con este experimento y el informe ya realizado podemos verificar nuestra hipótesis correctamente, la cual dice:

“Que a medida que incrementemos temperatura al agua que está dentro del vaso precipitado, al calentarse la regla con el capilar que contiene la gota de mercurio, el volumen de este subirá gradualmente, produciendo una recta en un gráfico.

La temperatura inicial del agua fue de 15º C y el volumen de aire que ejercía sobre el capilar era de 7,6 cm.”

Al concluir nuestra hipótesis correctamente, utilizando la ley de Charles, concluimos que nuestro gráfico marcó un pequeño grado de error, en comparación a lo que dice la ley de Charles.

Lo que dice la ley de Charles es lo siguiente: “Para una misma masa de gas, la variación de volumen es directamente proporcional a la variación de temperatura absoluta, siempre y cuando la presión sea constante (proceso isobárico)”.

Y esta ley matemáticamente se escribe de la siguiente ecuación:

V1 V2
T1 T2

Por lo tanto al graficar los datos obtenidos en el trabajo experimental, nos da una recta, como lo dice la ley de Charles. Y el grado de error es de 0,9925