laboratorio nº5 fisica ii unap

7/28/2019 LABORATORIO n5 FISICA II UNAP

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UNA - PUNO 2011

Laboratorio de Fsica II LEY DE BOYLE 1

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO

FACULTAD DE INGENIERIA CIVL Y ARQUITECTURA

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL

TEMA: LEY DE BOYLE

ALUMNO:

ROQUE CHARCA, Rosand COD: 103291

DOCENTE:

Lic. Ciro William Taipe Huaman

PRCTICA DE LABORATORIO N 05

Anjo de Deus, meu querido amigo, a quem o amor deDeus me destina aqui; sempre neste dia esteja comigo

para iluminar e guardar, governar e guiar

GRUPON208


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INTRODUCCIN

La Ley de Boyle establece que la presin de un gas en el interior de un recipiente estrelacionada con el volumen del gas. En otras palabras, si cambia el volumen, cambia lapresin.

Para una cantidad determinada de gas a una temperatura determinada, la presin delgas es inversamente proporcional al volumen. Una forma de verificar esto es dibujarla grfica de la inversa del volumen del gas frente a la presin del gas.

Este ltimo informe del tema Ley de Boyle, se realiz de la misma manera que lasanteriores y responde a una serie de preguntas de cuestionario donde se detallan deforma lacnica sus respuestas, Como colofn quiero agradecer al Lic. Ciro WilliamTaipe Huaman por su tarea motivadora que en todos nosotros va dar buenos frutosen el rea de fsica experimental; por ltimo en este trabajo monogrfico hemosatendido ms a su claridad y sencillez, que su profundidad complicada deconocimientos.

Atte.Rosand Roque Charca


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LEY DE BOYLE(Sensor de presin absoluta)

I. OBJETIVOS:

Determinacin experimental de la presin atmosfrica en Puno. Comprobar experimentalmente la Ley de Boyle - Mariote.

II. FUNDAMENTO TEORICO:

La Ley de Boyle-Mariotte (o Ley de Boyle), formulada por Robert Boyle y EdmeMariotte, es una de las leyes de los gases ideales que relaciona el volumen y la presinde una cierta cantidad de gas mantenida a temperatura constante. La ley dice que elvolumen es inversamente proporcional a la presin:

Donde es constante si la temperatura y la masa del gas permanecen constantes.

Cuando aumenta la presin, el volumen disminuye, mientras que si la presin disminuyeel volumen aumenta. No es necesario conocer el valor exacto de la constante parapoder hacer uso de la ley: si consideramos las dos situaciones de la figura,manteniendo constante la cantidad de gas y la temperatura, deber cumplirse larelacin:

Dnde:

Adems si despejamos cualquier incgnita se obtiene lo siguiente:


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Esta ley es una simplificacin de la ley de los gases ideales o perfectosparticularizada para procesos isotermos de una cierta masa de gas constante.

Junto con la ley de Charles, la ley de Gay-Lussac, la ley de Avogadro y la ley deGraham, la ley de Boyle forma las leyes de los gases, que describen la conducta de ungas ideal. Las tres primeras leyes pueden ser generalizadas en la ecuacin universal

de los gases.III. INSTRUMENTOS Y EQUIPOS DE LABORATORIO:

Software Data Studio instalado Interface Science Workshop 750 Sensor de presin absoluta Conector de ajuste rpido (con sensor) Cinta adhesiva Jeringillla

IV. PROCEDIMIENTO:

1. Conecte el interfaz al ordenador. Conecte la clavija DIN del sensor de presinabsoluta en el canal analgico A del interfaz, encienda el interfaz y el ordenador.

2. Active el programa Data Studio, crear experimento, haga clic sobre el cono aadirsensor y elija sensor de presin.

3. Vierta una gota de glicerina en el extremo alargado del conector. Introduzca el

extremo del sensor en uno de los extremos de un tubo de unos 2.5 cm que viene con elsensor de presin.
http://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_los_gases_idealeshttp://es.wikipedia.org/wiki/Proceso_isot%C3%A9rmicohttp://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Charleshttp://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Gay-Lussachttp://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Avogadrohttp://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Grahamhttp://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Grahamhttp://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_los_gases_idealeshttp://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_los_gases_idealeshttp://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Ley_de_Boyle_Mariotte.pnghttp://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Ley_de_Boyle_Mariotte.pnghttp://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_los_gases_idealeshttp://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_los_gases_idealeshttp://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Grahamhttp://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Grahamhttp://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Avogadrohttp://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Gay-Lussachttp://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Charleshttp://es.wikipedia.org/wiki/Proceso_isot%C3%A9rmicohttp://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_los_gases_idealeshttp://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Ley_de_Boyle_Mariotte.png


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4. Vierta una gota de glicerina en la boca de la jeringuilla. Introduzca este extremoen el otro lado del tubo.

5. Introduzca el otro extremo del conector en la conexin del sensor de presin

absoluta. Presione y aplique un movimiento giratorio hasta que suene un click (1/8 devuelta).

6. Observe si la jeringuilla y el sensor estn bien conectados, ajustando la presin

entre 20mL y 10mL. Debera ser ms difcil empujar el pistn a medida que el volumendisminuye.

7. Ajuste el volumen de aire en la jeringuilla a 20mL. (NOTA: Para fijar la posicininicial del pistn, desconecte el conector del sensor, mueva el pistn a la primeraposicin (20mL) y vuelva a conectar el conector del sensor).

A. RECOGIDA DE DATOS

En el Data Studio, la tabla muestra valores del volumen en la jeringuilla (por ejemplo:

20, 18,16, etc.)


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1. Cuando todo este listo, comienze la recogida de datos (Sugerencia: En el DataStudio, haga clic en Start).

En el Data Studio, el botn Start cambiara a Keep y la tabla mostrar el valor de lapresin unto al primer volumen.

2. Haga clic en Keep para registrar la presin. La tabla mostrar el siguiente volumen(18mL).

3. Mueva el pistn hasta la marca de 18mL y haga clic en Keep para registrar el valor

de la presin.

4. Continue moviendo el pistn hasta a cada una de las marcas y a continuacin haga

clic en Keep para registrar la presin correspondiente.

V. CUESTIONARIO:

1) OBSERVANDO LOS DATOS, LA PRESIN Y EL VOLUMEN SON DIRECTAO INVERSAMENTE PROPORCIONALES? CONFIRMA ESTO LA LEY DE BOYLE?

Por el esquema de nuestro experimento obtenemos la grfica siguiente mediante elsoftware Data Studio, donde realizaremos los anlisis de pendientes ycomprobaremos que la presin y el volumen efectivamente son inversamenteproporcionales.

Todos los datos han sido tratados en el software EXCEL 2010, software DataStudio

Primero tomamos datos del tubo que conecta la jeringuilla con el sensor depresin.

Tubo 61 cm

Diametro 0,32 cm

radio^2 0,0256 cmAtmosfera 63,5 kPa

Volumen 4,905911088 cm^3

4,905911088 mL

Luego tomamos datos de la presin y la inversa del volumen segn nuestroexperimento.


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PRESION (kPa) VOLUMEN (mL)INVERSA DEL

VOLUMENPRESIN (kPa)

66,1 20 0,05 66,1

71,3 18 0,055555556 71,3

78,8 16 0,0625 78,887 14 0,071428571 87

96,3 12 0,083333333 96,3

108,4 10 0,1 108,4

126,1 8 0,125 126,1

147,9 6 0,166666667 147,9

178,6 4 0,25 178,6

231,7 2 0,5 231,7

Segn nuestro experimento la presin de Puno en el medio en el que lo realizamos fue

de 64.81 kPa.

De la grfica anterior podemos observar que la presin es inversamente proporcionalal volumen del gas (aire), entonces se cumple la ley de Boyle, de donde podemos decirque:


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Ahora calculemos el producto de la presin por volumen para cada caso de nuestrosdatos experimentales, despus hallaremos el respectivo promedio de estosresultados:

PRESION (kPa) VOLUMEN (mL) K66,1 20 1322

71,3 18 1283,4

78,8 16 1260,8

87 14 1218

96,3 12 1155,6

108,4 10 1084

126,1 8 1008,8

147,9 6 887,4

178,6 4 714,4

231,7 2 463,4

PROMEDIO 1039,78

1) Ahora graficamos la recta presin vs inversa del volumen para hallar lapendiente del grfico de nuestro experimento.

De donde obtenemos la pendiente de la grfica, el cual es:


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2) Luego calculamos la pendiente por el mtodo de los mnimos cuadrados connuestros propios datos.

De dnde:

PRESION (kPa)VOLUMEN

(mL)INVERSA DEL

VOLUMENPRESIN (kPa) XY X^2

66,1 20 0,05 66,1 3,305 0,0025

71,3 18 0,055555556 71,3 3,96111111 0,00308642

78,8 16 0,0625 78,8 4,925 0,00390625

87 14 0,071428571 87 6,21428571 0,005102041

96,3 12 0,083333333 96,3 8,025 0,006944444

108,4 10 0,1 108,4 10,84 0,01

126,1 8 0,125 126,1 15,7625 0,015625

147,9 6 0,166666667 147,9 24,65 0,027777778

178,6 4 0,25 178,6 44,65 0,0625

231,7 2 0,5 231,7 115,85 0,25

0,146448413 119,22 23,8182897 0,038744193

Donde resulta que nuestra pendiente es

2) QUE OCURRIO CON LA PRESION EN EL INTERIOR DE LA JERINGUILLACUANDO EL VOLUMEN CAMBI DE 20mL A 10mL?

Se suponen que la Presin y el Volumen son inversamente proporcionales, entoncescuando hicimos la medicin con el sensor estos fueron los datos arrojados:


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PRESION (kPa) VOLUMEN (mL)

66,1 20

71,3 18

78,8 16

87 1496,3 12

108,4 10

Donde confirmamos que mientras el volumen en la jeringa baja la presin marcada porel sensor fue aumentando.

3) CUALES FUERON LAS POSIBLES FUENTES DE ERROR O LIMITACIONESEN ESTA EXPERIENCIA? EN CADA UNA DE ELLAS, INTENTE DETERMINARQUE EFECTO TENDRIAN EN LOS RESULTADOS EXPERIMENTALES.

En nuestro experimento no hubo ninguna limitacin excepto que al medir la presin enel laboratorio varia relativamente cuando la medimos en otro punto de la ciudad dePuno, pero eso es relativamente pequeo.

El error cometido en el laboratorio de fsica a la presin atmosfrica de 64.81 kPa esel siguiente:

VALOR TEORICO VALOR EXPERIMENTAL DIFERENCIA ERROR ERROR (%)

367,618 367 0,618 0,00168109 0,168109287

Resulta que el error cometido es de 0.16% el cual es un valor muy aceptable puestoque es mucho menor al 10% lo que indica que los clculos realizados fueron en sumayora exactos.

4) QUE OCURRE CON LA PRESION EN EL INTERIOR DE UN RECIPIENTECUANDO EL VOLUMEN DE AIRE EN SU INTERIOR VARA MIENTRAS QUELA TEMPERATURA PERMANECE CONSTANTE?

Se establece que la presin de un gas en un recipiente cerrado es inversamenteproporcional al volumen del recipiente. Esto quiere decir que si el volumen delcontenedor aumenta, la presin en su interior disminuye y, viceversa, si el volumen delcontenedor disminuye, la presin en su interior aumenta. Todo esto cuando latemperatura permanece constante. La ley de Boyle permite explicar la ventilacinpulmonar, proceso por el que se intercambian gases entre la atmsfera y los alvolospulmonares. El aire entra en los pulmones porque la presin interna de estos esinferior a la atmosfrica y por lo tanto existe un gradiente de presin. Inversamente,el aire es expulsado de los pulmones cuando estos ejercen sobre el aire contenido una

presin superior a la atmosfrica.


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VI. APLICACIONES:

TCNICA IN VITRO DE PRODUCCIN DE GASES

La tcnica de produccin de gases es un mtodo in vitro que permite determinar laextensin y la cintica de degradacin del alimento mediante el volumen de gasproducido durante el proceso fermentativo. La cuantificacin de los gases puederealizarse mediante el empleo de transductores que miden la presin originada por losgases acumulados en la parte superior de los frascos de fermentacin.

La tcnica usada actualmente es establecer una ecuacin de regresin que relacionepresin (P) y volumen de gas (V), para la implementacin de la tcnica de produccinde gases, in vitro, en las condiciones de altura sobre el nivel del mar, Para estepropsito se deben utilizar seis forrajes diferentes, que deben ser inoculados con

lquido ruminal y heces provenientes de vacas Holstein. La presin generada por losgases acumulados en la parte superior de los frascos de incubacin se mide con untransductor de presin conectado a un lector digital. El volumen de gas se determinamediante extraccin con jeringa hasta el momento en que la presin registrada en ellector sea cero. La ecuacin se obtiene utilizando PROC REG del programa estadsticoSAS, El establecimiento de esta ecuacin es necesario, puesto que la ley general degases de Boyle y Gay-Lussac no permite estimar el volumen de gas diluido en la faselquida. De igual manera el volumen de gas acumulado en la parte superior de losfrascos vara en funcin de la presin atmosfrica, lo que hace necesario el ajuste. Lapresin (psi = libras por pulgada cuadrada) originada por los gases acumulados en laparte superior de los frascos se mide a travs de un transductor de presin tipoT443A conectado a un lector digital (Bailey y Mackey, Inglaterra) y a una vlvula detres salidas. La primera salida debe ser conectada a una aguja (0.6 mm), la segundaconectada al transductor de presin y la tercera a una jeringa plstica que sirvirpara la medicin del volumen.


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VII. CONCLUSIONES:

En un gas (aire) a temperatura constante de 21C la presin es inversamenteproporcional a su volumen.

Al realizar un anlisis grafico de presin vs volumen inverso obtuvimos laconstante del producto PV con un error de 0.16%.

La presin atmosfrica de Puno en el momento de la medicin en el laboratoriofue de 64.81 kPa.

VIII. SUGERENCIAS:

Los resultados obtenidos experimentalmente no son muy variados a losresultados tericos, esto se debe a que en las mediciones realizadas se hayanutilizado sensores muy buenos y que se tomaron correctamente los datos.

Los instrumentos utilizados son ptimos para el aprendizaje de determinar lala presin absoluta.

IX. BIBLIOGRAFIA:

[1]Alonso M. y Finn. E. J. Fisica II [2] Leyva N. Humberto, Fsica II, Primera Edicin 1995, Distribuidora -

Imprenta - Librera Moshera S.R.L. [3] Ramrez S. Y Villegas R., Investiguemos Fsica, onceava edicin, editorial

voluntad S.A. 1989. Bogot Colombia. [4] Sears- Zemansky- Young- Freedman, Fsica Universitaria, volumen2,

Novena Edicin, impreso en Mxico. [5] Miguel Piaggio Henderson, Fisica con ejercicios. Edicin1998, La Catlica

del Per. [6] PASCO scientific, Laboratorio de Fsica con ordenador, 1998

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