DETERMINACIÓN DE LA RAZÓN ( Cp/Cv) MÉTODO CLEMENT Y DESORMES

Determinación de la Razón  ( Cp/CV) 

Método Clement y Desormes

Objetivos

Determinar el cociente de capacidades caloríficas, γ=   Cp/Cv   para el aire.

Calcular los valores de    Cp/Cv  para el aire.

Resumen:

Los objetivos principales de este trabajo práctico fueron determinar γ del aire para así establecer la relación entre las capacidades caloríficas molares tanto a volumen como a presión constante. Éstas se calcularon a partir de γ suponiendo un comportamiento ideal de los gases a partir del método de Clement y Désormes, el cual permite estudiar los cambios adiabáticos e isotérmicos que experimenta un gas añadido a un recipiente de vidrio de gran volumen. El exponente adiabático γ experimental fue de 1,12, la Cv fue de 69,3 [J/molK] y Cp fue de 77,6 [J/molK]. 

Marco Teórico

                En el siguiente experimento nos basaremos en la teoría que dice que la presión de las capacidades caloríficas a presión constante, y volumen constante, pueden determinarse fácilmente si un gas se expande adiabáticamente y después se deja calentar nuevamente a temperatura original. Se necesita conocer solamente la presión inicial, la presión después de la expansión adiabática y la presión alcanzada una vez que el gas se dejo calentar a su temperatura original. Las dos relaciones utilizadas son la de la expansión adiabática y la isotérmica. (Ana Beatriz Peña, pág.53) 1. 

            Por lo que, al considerar una masa de gas encerrada en un recipiente(R) con una presión P1, levemente superior a la presión atmosférica P0. La presión manométrica del gas se mide por la diferencia en las alturas (h1) de las dos columnas de un manómetro que contiene un líquido con densidad p. La temperatura inicial del gas es T1, es decir la temperatura ambiente. Luego se destapa   el recipiente brevemente, permitiendo que el gas alcance la presión atmosférica. El cambio de presión se produce tan rápidamente que no hay transferencias de calor hacia o desde fuentes externas y se dice que el proceso es adiabático. El gas comprimido en el envase efectúa un trabajo cuando hace salir un poco del gas del envase durante la expansión. Por consiguiente, inmediatamente después de cerrar el recipiente, la temperatura del gas que queda está por debajo de la temperatura ambiente. Debe tenerse en cuenta que: “Proceso adiabático, en termodinámica, es cualquier proceso físico en el que magnitudes como la presión o el volumen se modifican sin una transferencia significativa de energía calorífica hacia el entorno o desde éste.” (Rodrigo Bilbao, pag. 4-5) 2. 

            El proceso tiene lugar demasiado rápido como para que el calor perdido sea reemplazado desde el entorno, por lo que la temperatura desciende.

   

Discusión

Se determinó el valor de Gamma a partir de un proceso adiabático en donde al bombear aire a través de la manguera de hule se produjo una comprensión adiabática es decir sin intercambio de calor con el entorno, al entrar el aire al envase se produce un incremento de la presión y una disminución del volumen del aire contenido dentro del frasco esto produce que las moléculas dentro del envase aumenten su movimiento o energía cinética e intenten escapar del envase debido  su movimiento aleatorio constante por el aumento de la presión, entonces pasan a la manguera de hule y producen un trabajo en el movimiento del aceite dentro del tubo, aumentando la altura inicial, luego al dejar escapar un poco el aire (liberar presión) se disminuye la altura del aceite, pues la presión disminuye, sin embargo se experimenta una expansión adiabática debido a el movimiento de las moléculas dentro del envase que a pesar de haberse liberado presión intentan escapar del recipiente  través de la manguera aumentando la altura del aceite dentro del tubo y todo esto bajo un proceso isotérmico es decir a temperatura constante.

La determinación del índice adiabático gamma se realizó midiendo las diversas alturas que alcanzo en la compresión adiabática y  la expansión adiabática, se utilizó su promedio en una ecuación para determinar la presión P1 Adiabática y la Presión P2 Isotérmica luego de obtener estas presiones se aplicó log para obtener el índice adiabático y con este determinar El calor específico a volumen constante (Cv) y a presión constante (Cp).

Determinando de forma experimental que el porcentaje de error fue de 1,12  cercano al valor teórico de 1.4 correspondiente a la razón de capacidades caloríficas  (γ)  para el aire a temperatura ambiente.

CUESTIONARIO

1. ¿Por qué C_P es mayor que Cv para los gases?

R= Cuando se calienta un fluido a presión constante este, tiende a expandirse realizando trabajo y parte de la energía en forma de calor, se empleara para incrementar la temperatura. Mientras cuando se calienta un fluido a volumen constante, no se realiza trabajo y todo el calor solo es utilizado para incrementar la temperatura, por lo que existe una diferencia en el uso de la energía total. Empleándola para dos etapas: trabajo y temperatura (presión constante) y solo para la temperatura (volumen constante). Por esta razón se requiere más energía para la etapa a presión constante. Por lo que C_P > C_V.

2. ¿El valor  de  es el mismo para todos los gases? ¡Explique!

R= El valor  de "y" no es igual para todos los gases. Porque "y" varía según gases monoatómicos, diatónicos y poliatomicos. Porque "y" es igual a la razón de C_P / C_V, al variar estos valores el valor de  "y"también varia

3. ¿Qué significa expansión adiabática y en qué momento usted la realizo en esta experiencia?

R= Una expansión adiabática es un proceso en donde se incrementa el volumen el sistema sin existir transferencia de calor entre los alrededores y el sistema.

4. ¿Por qué el valor de la capacidad calorífica molar de un gas monoatómico es independiente de la temperatura mientras que la molécula poliatomicos aumenta al aumentar la temperatura?

R= Esto se explica conociendo que para un gas monoatómico la única forma de energía es debida a los movimientos de traslación de sus átomos, mientras para un gas poliatómico la energía puede ser de vibración y rotación en sus moléculas; por lo que la capacidad calorífica de un gas monoatómico es igual a la constante ideal de los gases.

5. ¿Qué métodos se pueden utilizar para calcular "y"?

R= Se emplea el método de clement y desormes. 

Conclusiones

·         El Primer objetivo a cumplir era el de determinar el cociente de capacidades caloríficas para el aire, en esta experiencia luego de realizado el procedimiento se obtuvo el valor de 1,12 para el coeficiente es decir , podemos concluir que existe una diferencia bastante grande del valor de gamma para el aire que teóricamente es de 1,403 si se encontrara a una atmosfera normal; sin embargo,  sí es bastante cercano al valor dado por el profesor en el salón de clases que fue de 1, es por esta razón que el porcentaje de error original fue de 20% y tal vez la diferencia se debió a que hubieron ciertos problemas a la hora de tomar las mediciones y de ejercer la presión sobre el aire contenido en el recipiente.

·         En el caso de calcular la relación de C_p /C_v, una vez obtenidas las mediciones se procedió a aplicar las formulas dadas para calcular Cp y Cv, donde Cp es capacidad calorífica a presión constante y Cv es capacidad calorífica a volumen constante. Como dice la teoría, la Cp siempre debe ser mayor que Cv y los valores obtenidos fueron: para Cp=77,6 y para Cv= 69,3 por ende, Cp es mayor que Cv  ya que Al momento de calentar un fluido a presión constante, éste tiende a expandirse, con lo cual realizará un trabajo y parte de la energía en forma de calor, será para elevar la temperatura. A diferencia de esto cuando se calienta un fluido a volumen constante, no se realiza trabajo y todo el calor sólo se utiliza en aumentar la temperatura, de manera que existe una diferencia en el uso de la energía total. Por un lado la energía total se usa para dos etapas, trabajo y temperatura (presión constante), y por el otro sólo para la temperatura (volumen constante), esto ocasiona que se necesite más energía a presión constante. Una vez calculados estos valores, se tiene que existe una relación entre estas dos capacidades ya que gamma es la constante que relaciona estas dos variables siendo que es el cociente de capacidades caloríficas, por eso tenemos que: .γ=Cp/Cv. 

Referencias Bibliográficas

Peña,B.A; Sello editorial; Fisicoquímica. Manual de laboratorio; Universidad de Medellin; pag. 53. Disponible en: http://books.google.com.pa/books?id=yinGhHba9tAC&pg=PA53&lpg=PA53&dq=determinacion+de+la+razon+cp/cv+metodo+de+clement+y+desormes&source=bl&ots=QP6p5qe4-D&sig=3ItQ2NwRc9zDwQ2-KCjaKcJ9v6E&hl=es&redir_esc=y#v=onepage&q=determinacion%20de%20la%20razon%20cp%2Fcv%20metodo%20de%20clement%20y%20desormes&f=false

Rodrigo. B; Metodo De Clement Desormes Para La Relacion Cp/Cv; BuenasTareas.com; Disponible en: http://www.buenastareas.com/ensayos/Metodo-De-Clement-Desormes-Para-La/778908.html