martes, 2 de junio de 2015

Actividades prácticas 3: Leyes de los gases ideales

Actividades prácticas 3: Leyes de los gases ideales

Buenos días a todos nuestros físicos favoritos, como podréis adivinar hoy estamos aquí para terminar de explicar la última experiencia de las actividades prácticas: La de las leyes de gases ideales


Leyes de los gases ideales: En esta experiencia tendremos que comprobar que la ley de los gases ideales se cumple en la realidad. Para ello realizaremos varios experimentos.

Pero comenzaremos con una pequeña explicación sobre la ley de gases ideales. Esta ley fue publicada en 1622 por el químico irlandés Robert Boyle, quien afirmó que en los gases, el volumen y la presión son inversamente proporcionales. Más tarde, en el siglo XVII, se añadió la condición de que la temperatura debía de ser constante para que esto se cumpliera. A continuación os enseñamos  la fórmula de la ley de los gases ideales o la ley de Boyle.

Posteriormente, gracias a la Ley de Boyle, se ha conseguido obtener distintas leyes como:
·         La Ley de Charles: Esta ley afirma que la temperatura y el volumen en un gas son directamente proporcionales cuando la presión se mantiene constante.

·         Ley de Gay-Lussac: En la que se dice que cuando en un gas el volumen es constante, la temperatura y la presión en dicho gas son directamente proporcionales.

También queremos mostraros algún uso cotidiano de las leyes de los gases ideales, esta es utilizada por ejemplo en:

     - Durante el submarinismo es importante tener en cuenta estas leyes en el sistema de respiración de los submarinistas, pues si no se hacen algunas técnicas en los momentos oportunos, los tejidos pulmonares pueden desgarrarse. Así de esta forma también se puede calcular cuánto tiempo durará una botella de oxígeno en este deporte.

·   - También se utiliza fundamentalmente en los aparatos que se apoyan en la energía neumática como brazos robots… En estos casos la ley resulta muy importante en su aplicación a pistones, válvulas, reguladores…

      

     - Otro ejemplo sería en el sistema de Airbag de los coches, donde al detectar un golpe, este inyecta una cantidad de aire en una bolsa exterior que se encuentra a una presión menor y esto se realiza a temperatura constante.






Ahora comenzaremos a explicar los distintos experimentos que hemos ido realizando para demostrar esta ley:

Experimento 1: hinchando globos a presión constante, en este experimento vamos a demostrar la ley de Charles, para ello necesitaremos un tubo de ensayo, un soporte, un mechero de alcohol y un globo.

1. En primer lugar colocaremos el tubo de ensayo en el soporte y justo debajo el mechero de alcohol (todavía no le encendemos)
2. A continuación tendremos que echar un poco de agua en el tubo de ensayos (Únicamente es para que no se rompa este al calentarlo) y posteriormente colocar el globo en la boca del tubo de ensallos, encendemos el mechero y…



Podremos ver que el globo se está hinchando lentamente, esto tiene una explicación muy lógica: El aire del interior del conjunto Tubo-globo se mantiene con la misma presión en todo el experimento, sin embargo, al aumentar la temperatura del gas, las partículas de este se van separando y acelerando, provocando así un aumento del volumen del gas.
Este principio será el que se aplique en los globos aerostáticos, donde calientan el aire del interior del globo y este se hincha, y además como el aire caliente es menos denso que el frío, el globo subirá hacia arriba.



Experimento 2: Disparando a volumen constante, en este experimento vamos a demostrar cómo se cumple la ley de Gay-Lussac en los gases, para realizar este experimento necesitaremos únicamente un tubo de ensayos, un soporte, un mechero de alcohol  y un tapón para el tubo de ensayos.

1. En un principio la colocación del conjunto es la misma que en el experimento anterior, solo que esta vez procuraremos que la boca del tubo de ensayos apunte hacia un lugar donde no haya nada.
2. Llenaremos el tubo de ensayos con un poco de agua (para que no se rompa este al calentarlo), y a continuación tapamos el tubo de ensayos con el tapón (no muy fuerte), encendemos el mechero y…


Podemos observar que el tapón saldrá disparado en el transcurso de pocos segundos, esto se debe a que, siendo el volumen del gas en el interior del tubo igual en todo el experimento, al aumentar  la temperatura del  aire en el interior del tubo, las partículas de este van cada vez más rápido y chocan más veces contra las paredes del recipiente, es decir, aumenta la presión del gas, provocando que el tapón salga disparado a una presión determinada.

Experimento 3: Refrescos calentitos a volumen constante. En este experimento vamos a demostrar cómo se cumple la ley de  Gay-Lussac. En este experimento necesitaremos una lata, unas pinzas, un mechero de alcohol, un recipiente con agua y mucho entusiasmo.


1. Vamos a comenzar  cogiendo la lata con las pinzas y calentarla con el mechero de alcohol; Cuando veamos que ya está caliente (previamente hemos introducido agua en la lata para saber cuando veamos el vapor que ya está esta caliente) apagamos el mechero  y vamos lentamente con ella al recipiente lleno de agua.
2. Le damos la vuelta a la lata, introducimos el orificio de la lata en el agua y…


Podemos observar que la lata ha absorbido el agua del recipiente y lo ha metido en su interior, esto se debe a que, con el mismo volumen de aire en todo momento, la temperatura de la lata al introducirla en el agua ha disminuido y con ello la temperatura del aire de su interior, lo que lleva a un desaceleramiento de las partículas del aire, es decir, desciende la presión
Al descender la presión, la combinación de la baja presión en contacto con el agua, así como la actuación de la presión atmosférica mayor en el exterior de la lata, hacen que el agua se introduzca dentro de la lata.

Ahora vamos a probar una variante de este experimento: 

1. Comenzaremos igual, pero esta vez, a la hora de retirar la lata del fuego y llevarla al recipiente con agua, esta acción la vamos a realizar mucho más rápido, y al introducir la lata en el agua como el experimento anterior ocurre…


Lo que ha pasado esta vez, es que aun teniendo el mismo volumen de aire, la temperatura desciende tan bruscamente y rápido que la presión también lo hace, lo que lleva a una deformación de la lata.


Experimento 4: Cocinando la cena a volumen constante. En esta práctica probaremos, de manera similar al anterior experimento, la existencia de la ley de Gay-Lussac en los gases. En este experimento necesitaremos un matraz, un huevo cocido (pelado), un soporte y un mechero de alcohol.
1. Comenzaremos situando el matraz en el soporte y colocando justo debajo el mechero de alcohol, a continuación añadiremos agua al matraz (para que este no se rompa al calentarlo) y colocaremos el huevo cocido en la boca del matraz. 

2. Encenderemos el mechero y cuando veamos que el aire ya está caliente (habrá vapor de agua) apagamos el mechero y esperamos…


Transcurridos unos minutos veremos que el huevo cocido a superado su problema de tamaño y se ha introducido en el matraz por la boca de este, este fenómeno lo explica la ley de Gay-Lussac: Con un mismo volumen de aire en el interior del matraz durante todo el experimento, al descender la temperatura apagando el mechero, también desciende proporcionalmente la presión
Las bajas presiones en el interior del matraz, unidas a la acción de la presión atmosférica del exterior, hacen que el huevo cocido se introduzca en el interior sin problemas.

Probaremos ahora a hacer el experimento de forma distinta:
1. En este caso, justo antes de colocar el huevo en la boca del matraz, introducimos en este una cerilla encendida y rápidamente ponemos el huevo…


Veremos que el huevo entra más rápidamente porque el aire del interior ha aumentado y disminuido de temperatura muy rápidamente  y con ello la presión también lo ha hecho.

Ahora os mostramos en el video cómo conseguimos sacar el huevo del matraz:


La salida del huevo es simple de explicar científicamente, el aire del interior se mantiene a temperatura constante, sin embargo al soplar estamos introduciendo más aire, y con ello aumenta también la presión del interior que hace que el huevo salga fuera. Esto se demuestra gracias a la ley de Boyle.


Con todos estos experimentos hemos conseguido comprobar la veracidad de las leyes de los gases ideales, además de aprender varias cosas nuevas y de entretenernos un rato. 
Con esto damos por concluidas las actividades prácticas de este proyecto fuerzas, volveremos otro día con las actividades de investigación y experimentación
¡Hasta la próxima! 






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