ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORAL

INSTITUTO DE CIENCIAS FÍSICAS

LABORATORIO DE FÍSICA B

EXPERIMENTO DE CLEMENT Y DESORMES

NOMBRE: Christian Lindao Fiallos

FECHA DE ENTREGA: 26 de Agosto del 2011

PARALELO 9

I TÉRMINO 2011 – 2012

1.- OBJETIVOS:

Calcular experimentalmente la relación de los calores específicos del aire a presión constante y

volumen constante de acuerdo al método de Clement y Desormes.

2.- RESUMEN:

La semana pasada armé la práctica del Experimento de Clement y Desormes, donde verifiqué el valor del coeficiente de relación de los calores específicos del aire a presión y volumen constante, para ello use un dispositivo que constaba de dos columnas de líquido las cuales variaban al aumentar la presión en el interior del dispositivo. Empecé el experimento engrasando la boquilla y tapa del dispositivo para así evitar las pérdidas de presión, luego mantuve destapado el dispositivo hasta que las alturas de los líquidos de las columnas del dispositivo sean iguales, después introduje aire al dispositivo con una bomba, procurando que una de las columnas tenga una altura de casi 55cm, luego esperé que se estabilicen los líquidos y obtuve la medida “h1”, después destape y volví a tapar rápidamente el dispositivo y esperé que los niveles se vuelvan a estabilizar y así encontrar la

medida “h2”, después con los datos “h1” y “h2” apliqué la formula 1

1 2

h

h h y encontré el valor del

coeficiente para el aire; repetí 7 veces más el experimento y con todos los datos que medí, obtuve un valor promedio del coeficiente del aire de (1.370±0.010) el cual fue muy aproximado al valor real del coeficiente que es de 1.4, obteniéndose un error de 2.14% en el experimento.

3.- INTRODUCCIÓN:

Proceso Adiabático, es aquél en el cual el sistema (generalmente, un fluido que realiza un trabajo)

no intercambia calor con su entorno. Un proceso adiabático que es además reversible se conoce

como proceso isotrópico. El extremo opuesto, en el que tiene lugar la máxima transferencia de

calor, causando que la temperatura permanezca constante, se denomina como proceso isotérmico.

Proceso isentrópico, es aquel en el que la entropía del fluido que forma el sistema permanece constante. Según la segunda ley de la termodinámica, se puede decir que:

Donde δQ es la cantidad de energía que el sistema gana por calentamiento, T es la temperatura del sistema, y dS es el cambio en la entropía.

Coeficiente de dilatación adiabática, es la razón entre la capacidad calorífica a presión constante (CP) y la capacidad calorífica a volumen constante (CV). Se denota con la expresión γ (gamma) o incluso κ (kappa). Su relación es:

Donde el valor de C es el capacidad calorífica o capacidad calorífica específica de un gas, los sufijos P y V se refieren a las condiciones de presión constante y de volumen constante respectivamente.

4.- PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL:

Experimento de Clement y Desormes:

- Coloqué grasa en la tapa y boquilla del dispositivo que me ayudó detectar la diferencia de presiones gracias a la diferencia de alturas.

- Mantuve destapado el dispositivo hasta que la diferencia de alturas en el dispositivo sea casi cero.

- Tapé el dispositivo y justo después introduje una cantidad de aire en el dispositivo con la ayuda de una bomba de aire.

- Introduje aire hasta que una de las dos columnas de líquido del dispositivo experimental llegara hasta una altura de 55 cm según la regla de referencia del dispositivo.

- Con mis dos manos puestas firmemente en la tapa del dispositivo, esperé hasta que las dos columnas del dispositivo experimental se estabilicen.

- Justo después que se estabilizaron las columnas del dispositivo, anoté la altura de la columna 1 y columna 2 del dispositivo, cuya diferencia entre ellas fue la altura “h1”.

- Luego destapé y rápidamente volví a cerrar el dispositivo, para lograr disminuir la presión del dispositivo a un valor apenas mayor que la presión atmosférica presente en el laboratorio.

- Esperé hasta que las columnas del dispositivo se estabilizaran, y justo después de ello anoté los valores de altura de la columna 1 y columna 2, siendo la diferencia de estas alturas el dato “h2”.

- Apliqué la fórmula 1

1 2

h

h h para encontrar el valor del coeficiente de relación de los

calores específicos del aire a presión y volumen constante. - Repetí todos los procedimientos anteriores unas 7 veces más, y encontré el coeficiente de

relación de los calores específicos del aire para cada valor de “h1” y “h2” encontrado. - Encontré el promedio de los 8 coeficientes obtenidos el cuál fue muy aproximado al valor

teórico del coeficiente para el aire que es de 1.4

5.- RESULTADOS:

1. Observaciones y Datos

a1) Complete la tabla de datos mostrada

Medí los diferentes valores de “h1” y “h2” encontrados en el experimento y luego encontré el

valor del coeficiente de relación de los calores específicos del aire para cada par de datos

medidos y obtuve los siguientes resultados:

h1(cm) h2(cm) γ

a) 10.70±0.05 2.80±0.05 1.354±0.011

b) 10.60±0.05 2.50±0.05 1.309±0.010

c) 12.50±0.05 3.60±0.05 1.404±0.010

d) 11.50±0.05 3.10±0.05 1.369±0.010

e) 10.80±0.05 3.20±0.05 1.421±0.012

f) 11.80±0.05 3.20±0.05 1.372±0.010

g) 11.20±0.05 3.00±0.05 1.366±0.011

h) 13.40±0.05 3.60±0.05 1.367±0.009

PROMEDIO 1.370±0.010

Estas son las fórmulas que realice para encontrar los datos de la tabla anterior:

Coeficiente de Relación de Calores Específicos del aire:

1

1 2

h

h h

1 2A h h

1h

A

Error:

1 2 0.05 0.05 0.1A h h

1 11 1 2 2

1 1 2 1 2

1 1( ) ( ) ( ) ( ) (0.05) (0.1)

( ) ( )

h hh A h A

h A A A h h h h

Porcentaje de Error:

1.4 1.370% (100) (100) 2.14%

1.4

Teo Exp

Teo

a2) Calcule los valores de :

a) 1

1 2

1.354h

h h

b) 1

1 2

1.309h

h h

c) 1

1 2

1.404h

h h

d) 1

1 2

1.369h

h h

e) 1

1 2

1.421h

h h

f) 1

1 2

1.372h

h h

g) 1

1 2

1.366h

h h

h) 1

1 2

1.367h

h h

2. Análisis

a) Calcule los valores de :

1) 11 2

1( ) ( ) 0.011

hh A

A A

2) 11 2

1( ) ( ) 0.010

hh A

A A

3) 11 2

1( ) ( ) 0.010

hh A

A A

4) 11 2

1( ) ( ) 0.010

hh A

A A

5) 11 2

1( ) ( ) 0.012

hh A

A A

6) 11 2

1( ) ( ) 0.010

hh A

A A

7) 11 2

1( ) ( ) 0.011

hh A

A A

8) 11 2

1( ) ( ) 0.009

hh A

A A

b) Si un globo lleno de helio al principio a temperatura ambiente se pone en una congeladora. ¿Su volumen aumenta, disminuye o queda igual? Explique.

La disminución de temperatura disminuye la presión inicial del helio, al haber menos presión las el volumen del globo aumentará debido a que moléculas de helio tienen más “libertad” para moverse al disminuir su presión.

c) ¿Qué pasa a un globo lleno de helio que se suelta en el aire? ¿Se expandirá o se contraerá? ¿Dejará de ascender a cierta altura? Explique.

El globo se expandirá debido que mientras asciende la presión del sistema disminuye lo que producirá un aumento de volumen del globo; debido a que no hay gran cambio de temperatura sobre el globo a medida que asciende, el proceso es isotérmico; el globo seguirá ascendiendo debido a que su densidad se hace más pequeña a medida que su volumen aumenta, pero en algún momento el globo llegará a su zona de fractura y se reventará.

6.- DISCUSIÓN:

Cuando bombeaba aire al dispositivo y alcanzaba alturas mayores de 57 cm en una de las

columnas de líquido del dispositivo, obtuve valores para el coeficiente del aire de 1.24 – 1.30

mientras que cuando alcanzaba alturas entre 52-57 cm en una de las columnas de líquido,

obtuve valores para el coeficiente del aire de 1.34 – 1.41; esto se produjo debido a mas presión

aplicada con la bomba de aire producía que las columnas de líquido del dispositivo descienda

más lentamente que con menos presión, lo que creó varios puntos en los que los niveles de las

columnas se estabilizaban ocasionando que tome datos erróneos y así aumente el error

porcentual del experimento.

7.- CONCLUSIÓN:

En esta práctica pude comprobar que la relación entre los calores específicos del aire a presión

y volumen constante, es constante a un determinado rango de temperatura lo que produjo que

el coeficiente de dilatación adiabático sea una constante en todos mis experimentos y se

aproxime al valor real del coeficiente para el aire que es de aproximadamente 1.4; esto lo pude

cuantificar al encontrar el valor promedio del coeficiente de relación de calores específico del

aire, el cuál obtuve un valor de (1.370±0.010) obteniéndose un error de aproximadamente

2.14% lo que significa que la práctica es calificada como muy buena, y que las condiciones en

las que hice la práctica y el estado de los dispositivos eran aceptables; una de las posibles

causas de este error fue la excesiva pérdida de presión al momento que destapé el dispositivo

para obtener una presión apenas mayor que la presente en el laboratorio, lo que produjo un

valor de “h2” muy pequeño y así aumentó el valor del error.

8.- BIBLIOGRAFÍA:

Guía de Laboratorio de Física B, 2011

http://es.wikipedia.org/wiki/Proceso_isentr%C3%B3pico

http://es.wikipedia.org/wiki/Proceso_adiab%C3%A1tico

http://es.wikipedia.org/wiki/Coeficiente_de_dilataci%C3%B3n_adiab%C3%A1tica