FUNDACION UNIVERSIDAD DE AMERICA

FACULTAD DE INGENIERIA

LABORATORIO lIIFISICA II

PROFESORHUMBERTO RINCON

ALUMNOSJUAN SEBASTIAN DIAZDIEGO ANDRES ROJAS

LINA FERNANDA GONZALEZ

4 DE MARZO DE 2014BOGOTA D.C

PRACTICA 4: DETERMINACION DEL GAMMA DE AIRE

INTRODUCCIÓN

La teoría cinética de los gases explica las propiedades y las características de la materia, estableciendo una relación entre el calor y el movimiento. En otras palabras que las partículas de toda materia están en movimiento hasta cierto punto y el calor es una señal de este movimiento.

Se conoce como coeficiente de dilatación adiabática a la razón entre la capacidad calorífica a presión constante y la capacidad calorífica a volumen constante. También denominada  factor de expansión isentrópica y razón de calor específico, y se denota con la expresión    (gamma).

De esta forma, en el presente informe se recopilará datos y se analizarán, de tal forma que se pueda obtener experimentalmente el valor de Gamma γ.

OBJETIVOS:

Calcular la razón de las capacidades caloríficas del aire a presión y volumen constante.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS:

Realizar el montaje requerido para determinar el valor de gamma del aire.

Confrontar el valor de gamma obtenido experimentalmente con el valor teórico del aire.

MATERIALES

Bomba de Acuario (compresor) Erlenmeyer (Recipiente de almacenamiento) Llave de paso Manguera de latex Balón con desprendimiento lateral Pistón (Cuerpo oscilante) Tubo de precisión (Donde oscila el pistón) Cronómetro Pinzas Soporte Universal.

PROCEDIMIENTO

1. Alistar el montaje requerido para la práctica.

2. Conecte a la corriente eléctrica el compresor.

3. Cierre la llave de paso durante aproximadamente 45 segundos con el fin de que el Erlenmeyer contenga la suficiente cantidad de aire.

4. Con cuidado abra la llave de paso, regule la presión, nótese que el pistón comienza a ascender y se ubica en la mitad del tubo de precisión donde hay una pequeña muesca.

5. El pistón debe estar estático en ese punto, para que comience a oscilar. Tape la muesca teniendo cuidado que el pintón no se vaya a salir del tubo.

6. Cuando el pistón se encuentre en la parte superior del tubo descubra la muesca, el pistón bajará y cuando llegue a la mitad del tubo comenzará a oscilar.

7. Verificar que la oscilación sea constante.

8. Determine con ayuda del cronómetro la frecuencia para 50 oscilaciones. Calcular el periodo.

9. Desmonte con cuidado el equipo, tome el pistón y con ayuda de una balanza mida su masa m.

10.Para hallar el volumen del sistema tome el conjunto de balón y tubo de precisión y determine su masa; estos dispositivos deben estar vacíos, limpios y secos.

11.Llénelos de agua hasta la altura de la muesca en el tubo de precisión, péselo nuevamente y réstele los dos pesos. El resultado divídalo por la densidad.

12.Con ayuda del calibrador mida el diámetro interior del tubo de precisión.

13.Utilice la fórmula para hallar la presión del sistema.

14.Para finalizar, remplace en la fórmula del gamma los valores obtenidos y calcule el gamma del aire.

PROCEDIMIENTO

Periodo.

T= tn= tiempo

¿devueltas

tiempo (s)

# de vueltas

Periodo "T"

9,52 30 0,317 9,38 30 0,312

9,50 30 0,316T Promedio 0,315

Área

A=π r2

T = 0,315 s

Diámetro = 1,8cm = 0,018m

r=diametro2

=0,01382

=9 x10−3

A=π ( 9x 10−3 )2=2,544 x10−4m2

Masa

7,95g∗1kg1000 g

=7,95 x10−3

Presión

P=( 560760 ) (101325Pa )+

m p∗gA

P=( 560760 ) (101325Pa )+

7,95 x10−3k g∗9,8ms

2,544 x10−4m2

P=746893 ,09 Pa

Gamma

γ=4 π 2mVA2 PT 2

γ=4 π 2(7,95 x 10−3 kg)(7,18 x10−4m3)

¿¿

γ=0 ,0469

COEFICIENTE DE DILATACIÓN ADIABÁTICA = 1,04

Porcentaje de error

%ERROR=T−ET

∗100

%ERROR=1,04−0,469

1,40∗100=54,9 %

ANÁLISIS DE RESULTADOS

El periodo es inversamente proporcional al número de vueltas y al tiempo es directamente proporcional con el tiempo.

La presión es la suma de la presión atmosférica en Bogotá con la presión que ejerce el pistón, la diferencia entre estas dos es la que permite que el pistón oscile.

El gamma del aire es directamente proporcional con la masa y el volumen del pistón y al tiempo es inversamente proporcional con el área de la base del pistón, la presión y el periodo.

A partir de los datos registrados en el laboratorio y haciendo los cálculos pertinentes encontramos para el gamma del aire un valor de 1.628 y comparándolo con el teórico que es 1.40 observamos una diferencia entre ellos por esto calculamos el porcentaje de error que nos da 16.29%, debido a los errores experimentales (sobre todo a la hora de contar las oscilaciones para calcular el periodo)

PREGUNTAS ADICIONALES

Realice el análisis dimensional del gamma Es la relación de la presión ejercida por el fluido, que será el aire, sobre un pequeño pistón, junto con el resto del montaje que permitirá la realización del experimento. En donde F es la magnitud de la fuerza la cual es el mismo peso del pistón que se ejerce sobre el mismo y A es el área de la base del pistón, la presión P del fluido será la relación de la fuerza y el área del pistón. Lo cual permitirá hacer el análisis dimensional de la gamma de aire haciendo la relación de las capacidades caloríficas del aire a presión y temperaturas constantes.

Razón por la cual la constante gamma no consta de unidades Teniendo la ecuación

γ=4 π 2×m×VA2×P×T 2

Dónde: m= masa del pistónV= volumen del sistemaA= Área de la sección transversal donde oscila el pistónT= Periodo de oscilación del pistónP= Presión ejercida por el aire, γ = Coeficiente gamma

Entonces las unidades se cancelan de la siguiente manera

|γ|= Kg∗M 3

M 4∗Kg(M∗s2 )

∗s2

Se obtiene que

|γ|=Kg∗M3∗M∗s2

M 4∗Kg∗s2

Multiplicando términos se obtiene que

|γ|=Kg∗M4∗s2

M 4∗Kg∗s2

De este modo todas las unidades se cancelan |γ|=1 Kg= kilogramos M=metros S=segundos |γ|= gamma expresado en unidades

Calcule el porcentaje de error del gamma del aire

%ERROR=1 ,04−0,469

1,40∗100=54 ,9 %

Realice un análisis sobre las diferentes fuentes de error que variaron sus resultados con respecto al valor teórico y clasifíquelos de acuerdo a si son errores sistemáticos o aleatorios.

Sistemático

Principalmente por Instrumentos mal calibrados o una resolución de escala no apropiada, al utilizar el calibrador pie de rey y la balanza

El tiempo de reacción del observador cuando realiza la medida. En especial en los momentos de determinar las oscilaciones del pistón

Aleatorio

Estos errores no están bajo el control del observador. Por ejemplo: variaciones en la temperatura o el voltaje durante la operación de algún instrumento de medición sensitivo a estos y otros factores. Que pueden estar asociados con el montaje

CONCLUSIONES

Se logró calcular la razón de las capacidades caloríficas del aire a presión y volumen constante, es decir el coeficiente de dilatación adiabática, en este laboratorio obtuvimos un valor de 0,469 y comparándolo con el teórico que es 1.04 observamos una diferencia entre ellos por esto calculamos el porcentaje de error que nos da 54,9%, debido a diversos errores experimentales.

BIBLIOGRAFIA

Serway,R.,y Beichner R, “Física”.Quinta edición, McGraw –Hill.Vol. 1. Sears,F.W et al.(2004).”Física universitaria”, Undecima edición, Pearson y

Addison Wesley. Vol.1