Practica 1 y 2. Diagramas P-Vg y P-T

8/20/2019 Practica 1 y 2. Diagramas P-Vg y P-T

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INSTITUTO POLITÉCNICO

NACIONAL

Escuela Superior deIngeniería y Química e Industrias

Extractivas

Laboratorio de Termodinámica II

Práctica No. 1 y 2:

“Construcción de los Diagramas de Presión contra

Temperatura y Presión contra Volumen de una sustancia

pura a partir de datos experimentales”.

Profesor: Celerino Arellano Herrera

Alumno:Onofre Meraz Omar

Grupo: 1PM21

Equipo: 1

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Sección B

Turno: Matutino

3 de abril de 2013

Práctica No 1 y 2:

“Construcción de los Diagramas de Presión contra

Temperatura y Volumen contra Temperatura de una

sustancia pura (agua) a partir de datos experimentales”.

Objetivo

Mediante datos experimentales de Presión y Temperatura, aprenderemos a

construir graficas de Presión contra Temperatura y Temperatura contra

Volumen, a su vez apoyándonos de datos bibliográficos de presiones,

volúmenes y temperaturas de una sustancia pura.

Introducción Teórica

Si en un contenedor cerrado tiene lugar el proceso de la evaporación,

llegará un momento en que haya tantas moléculas regresando al estado

líquido, como las que escapan al estado de gas. En este punto, se dice que

el vapor está saturado, y la presión de ese vapor (normalmente expresado

en mmHg), se llama presión de vapor saturado.

Puesto que la energía cinética molecular es mayor a más alta temperatura,

más moléculas pueden escapar de la superficie y consiguientemente la

presión de vapor saturado es más alta. Si el líquido está abierto al aire,

entonces la presión de vapor se estima como una presión parcial, junto

con los otros constituyentes del aire. La temperatura a la cual la presión de

vapor es igual a la presión atmosférica, se le llama temperatura del punto

de ebullición.

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El calor es la energía cinética (relacionada con el movimiento) media de un

conjunto muy grande de átomos o moléculas. Esta energía cinética media

depende de la temperatura, que se relaciona con el movimiento de las

partículas (átomos y moléculas) que constituyen las sustancias.

La temperatura es la medida del calor de una sustancia. Se mide con un

termómetro.

La presión es la relación que existe entre una fuerza y la superficie sobre la

que se aplica

P= F

A , sus unidades en el sistema internacional son Pascales o también

N/m2. Otras unidades de medida de la presión pueden ser los milímetros

de mercurio (mmHg) o el bar, o también las atmosferas (atm), en el sistema

ingles se ocupan los psi para medir la presión. De la ecuación de la

presión tenemos que la fuerza es igual a la gravedad por la masa

F=mg, de ahí podemos sustituir en la primera ecuación, por tanto

P=mg

A , de aquí tenemos que la masa se puede expresar como el

producto de la densidad por el volumen m=ρV, y sustituimos en la

ecuación, nos queda que P=

ρVg

A y dado que el volumen de una

superficie es igual a su base por la altura, se tiene que V=Ah, volvemos a

sustituir en la ecuación y nos queda que, P= ρA h g

A , de aquí eliminamos

el área, por ser de la misma magnitud, y nos queda que:

P= ρgh

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Esta ecuación nos permite calcular la presión en función de la densidad

del líquido que contenga un columna con determinada altura y la

gravedad, un dato que ya se conoce g=9.81 m/s2, en el caso de la ciudad

de México g=9.78m/s2.

- Desarrollo1.Verificar que el equipo este armado como se debe, para evitar

accidentes o una experimentación errónea.

2.Medir la altura Total, tomando como referencia el piso hasta el menisco

del agua en el matraz.

3.Hacer la lectura de la temperatura ambiente.

4.Encender el mechero bunsen y

calentar el matraz acercando el

tapón con el termómetro, sintapar el matraz, hasta que se

llegue a la ebullición del agua.

5.Cuando el termómetro marque

93°C, tapar el matraz con el

tapón y el termómetro,

evitando que este toque con el

bulbo el agua y retirar y

apagar el mechero.

6.Esperar que la temperatura

descienda a 90°C, seguido de este tomar 2 alturas, la altura atmosférica

(ha) y la altura del sistema (hs) sin cambiar el punto de referencia

utilizando al medir la altura total.

7.Seguir el mismo procedimiento cada vez que la temperatura disminuya

5°C hasta llegar a los 50°C.

8.Se deberá cuidar en todo momento que no entre aire al sistema, para

conservar el vacío. No deben formarse burbujas.

9.Romper el vacío, retirando el tapón con mucho cuidado, oprimiendo eltapón para su retiro.

- Cálculos y Resultados

Tabla de Datos Experimentales

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Temperatura

(t )(° C )(hs )

encm

( ha )

en cm.

90 72.5 68.5

85 77.5 63.5

80 82 59

75 85 56

70 88 53

65 90 50.5

60 92 49

55 93.5 47

50 94.5 46.5hT =¿ 125 cm t

(¿¿ amb)=¿¿

25

°C

hbarometrica=0.585 mde Hg

Tabla de Ecuaciones

No

.

Ecuacion Unidades Simbologia

1 ρ Hg=13595.08−2.466∗t amb+3 x 10−4∗t amb

2 kg

m3

ρ Hg=densidad del mer

2 Patm

=¿

ρ Hg

∗g∗hbarom

Pa= Pascal Patm=Presiónatms!"rica

3 P Hg=¿ ρ Hg∗g∗(hs−ha ) Pa= Pascal P#$=Presión %emercuri

4 ρ H 2 O=999.98+(3.5∗10−5¿ t amb )−(6 x 10

−6∗ kg

m3

ρ H 2O=densidaddelag

5 Phid=¿ ρ H 2 O∗g∗( ht −hs ) Pa= Pascal P&i%=Presión&i%rst'tica

6 Pvac= P H 2O+ P Hg Pa= Pascal Pac=Presiónacum"trica

7 |¿|= Patm− P vac P¿

Pa= Pascal Pas=Presión as*uta

8%Et =

t exp−t bibt exp

∗100+,=prcient %e errr

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9 =

x− x1 x2− x1

∗( 2− 1 )+ 1-=a*r usca%

=a*r %e re!erencia

Cálculos

1. Calcular la !"g a #ar$ir de la $em#era$ura ambien$e.

ρ Hg=13595.08−2.466∗t amb+3 x 10−4∗t amb

2

ρ Hg=13595.08−2.466 (25° C )+3 x10−4 (25° C )2=13533.6175

kg

m3

2. Calcula la #resi%n a$mos&'rica.

Patm=¿ ρ Hg∗g∗hbarom /n%e g=9.78 m/ s2

Patm=¿ 13533.6175

kg

m3

¿9.78 m

s2∗0.585m=77429.8858 Pa

3. Calculas los (alores de la )"g en )a.

P Hg=¿ ρ Hg∗g∗(hs−ha )

P Hg a 90 °C =¿ ρ Hg∗g∗(hs−ha )=13533.6175 kg

m3

¿9.78 ms

2∗(0.725 m−0.685 m)

P Hg a 90 °C =5294.3512 Pa

P Hg a 85 °C =¿ ρ Hg∗g∗(hs−ha )=13533.6175

kg

m3

¿9.78 m

s2∗(0.775m−0.635m)

P Hg a 85 °C =18530.2291 Pa

P Hga80°C =¿ ρ Hg∗g∗(hs−ha )=13533.6175

kg

m3

¿9.78 m

s2∗(0.82 m−0.59 m)

P Hg a 80 °C =30442.51 92 Pa

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7/19

P Hg a 75 °C =¿ ρ Hg∗g∗(hs−ha )=13533.6175

kg

m3

¿9.78 m

s2∗(0.85 m−0.56 m)

P Hga75°C =38384.046 Pa

P Hg a 70 °C =¿ ρ Hg∗g∗(hs−ha )=13533.6175

kg

m3

¿9.78 m

s2∗(0.88 m−0.53 m)

P Hg a 70 °C =46325.5727 Pa

P Hg a 65 °C =¿ ρ Hg∗g∗(hs−ha )=13533.6175

kg

m3

¿9.78 m

s2∗(0.9 m−0.505 m)

P Hg a 65 °C =52281.7178 Pa

P Hg a 60 °C =¿ ρ Hg∗g∗(hs−ha )=13533.6175

kg

m3

¿9.78 m

s2∗(0.92 m−0.49 m)

P Hga60°C =56914.275 Pa

P Hg a 55 °C =¿ ρ Hg∗g∗(hs−ha )=13533.6175

kg

m3

¿9.78 m

s2∗(0.935 m−0.47 m)

P Hg a 55 °C =61546.8323 Pa

P Hg a 50 °C =¿ ρ Hg∗g∗(hs−ha )=13533.6175

kg

m3

¿9.78 m

s2∗(0.945 m−0.465 m)

P Hg a 50 °C =63532.2139 Pa

4. Calcular la ρ H 2 O a #ar$ir de la $em#era$ura ambien$e.

ρ H 2 O=999.98+(3.5∗10−5¿ t a mb)−(6 x 10

−6∗t amb2)

ρ H 2 O=999.98+(3.5∗10−5(25 ° C ))−( 6 x 10−6 ( 25 ° C )2)=999.9771 kg

m3

5. Calculas los (alores de la #resi%n *idros$á$ica.

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Phid=¿ ρ H 2 O∗g∗( ht −hs )

Phid a 90 °C =¿ ρ H 2 O∗g∗( ht −hs )=999.9771

kg

m3

¿9.78 m

s2∗(1.25 m−0.725 m )

Phid a90 °C =5134.3824 Pa

Phid a85°C =¿ ρ H 2 O∗g∗( hs−ha )=999.9771

kg

m3

¿9.78 m

s2∗(1.25m−0.775m)

Phid a85°C =4645.3936 Pa

Phid a 80° C =¿ ρ H 2 O∗g∗( hs−ha )=999.9771

kg

m3

¿9.78 m

s2∗(1.25 m−0.82 m)

Phid a 80° C =4205.3037 Pa

Phid a 75°C =¿ ρ H 2 O∗g∗( hs−ha )=999.9771

kg

m3

¿9.78 m

s2∗(1.25m−0.85m)

Phid a 75°C =3911.9104 Pa

Phid a 70°C =¿

ρ H 2 O∗g∗( hs−ha )=999.9771 kg

m3∗9.78

m

s2∗(1.25 m−0.88 m)

Phid a 70°C =3618.5171 Pa

Phid a 65°C =¿ ρ H 2 O∗g∗( hs−ha )=999.9771

kg

m3

¿9.78 m

s2∗(1.25m−0.9m)

Phid a 65°C =3422.9216 Pa

Phid a60°C =¿ ρ H 2 O∗g∗( hs−ha )=999.9771 kg

m3

¿9.78 m

s2∗(1.25 m−0.92 m)

Phid a 60°C =3227.3261 Pa

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Phid a 55°C =¿ ρ H 2 O∗g∗( hs−ha )=999.9771

kg

m3∗9.78

m

s2∗(1.25 m−0.935 m)

Phid a55°C =3080.6295 Pa

Phid a 50°C =¿ ρ H 2 O∗g∗( hs−ha )=999.9771

kg

m3

¿9.78 m

s2∗(1.25m−0.945m)

Phid a 50°C =2982.8317 Pa

6. Calcular las #resiones a (ac+o ,)(ac

Pvac= P H 2O+ P Hg

Pvac 1=5134.3824 Pa+5294.3512 Pa=10428.7336 Pa

Pvac 2=4645.3936 Pa+18530.2291 Pa=23175.6227 Pa

Pvac 3=4205.3037 Pa+30442,5192 Pa=34647.8229 Pa

Pvac 4=3911.9104 Pa+38384.046 Pa=42295.9564 Pa

Pvac 5=3618.5171 Pa+46325.5727 Pa=49944.0898 Pa

Pvac 6=3422.9216 Pa+52281.7178 Pa=55704.6394 Pa

Pvac 7=3227.3261 Pa+56914.275 Pa=60141.6011 Pa

Pvac 8=3080.6295 Pa+61546.8323 Pa=64627.4618 Pa

Pvac 9=2982.8317 Pa+63532.2139 Pa=66515.045 6 Pa

7. Ca*cu*ar *s a*res %e presión as*uta (Pas).

|¿|= Patm− Pvac P¿

P|1|=77429.8858 Pa−10428.7336 Pa=67001.1522 Pa

P|2|=77429.8858 Pa−23175.6227 Pa=54254.2631 Pa

P|3|=77429.8858 Pa−34647.8229 Pa=42782.0629 Pa

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P|4|=77429.8858 Pa−42295.9564 Pa=35133.9294 Pa

P|5|=77429.8858 Pa−49944.0898 Pa=27485.796 Pa

P|6|=77429.8858 Pa−55704.6394 Pa=21725.2464 Pa

P|7|=77429.8858 Pa−60141.6011 Pa=17288.2847 Pa

P|8|=77429.8858 Pa−64627.4618 Pa=12802.424 Pa

P|9|=77429.8858 Pa−66515.0456 Pa=10914.8402 Pa

8. abla de #resi%n en$rando #or la $em#era$ura e/#erimen$al a #ar$ir de las $ablas

$ermodinámicas0 en$rando #or $em#era$ura

$e/#,C )bib,bar vgbib ,m3g

90 0.7014 2.3606

85 0.5783 2.8276

80 0.4739 3.4072

75 0.3858 4.1312

70 0.3119 5.0422

65 0.2503 6.1966

60 0.19941 7.6707

55 0.15758 9.5684

50 0.1235 12.032

9. abla de $em#era$ura en$rando #or la #resi%n a #ar$ir de las $ablas

$ermodinámicas.

101325 Pa 1.01325 ar

)e/# ,)a )e/# ,bar $bib,C v gbib ,m3g

67001.1522 0.67 88.747 2.4751

54254.2631 0.5425 83.29 3.0243

42782.0629 0.4278 77.39 3.7841

35133.9294 0.3513 72.57 4.5953

27485.796 0.2748 67.01 5.7206

21724.2464 0.2172 61.74 7.1522

17288.2847 0.1728 56.75 8.94

12802.424 0.128 50.38 12.0688

10914.8402 0.1091 47.3 13.8273

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11/19

),bar $,C v g ,m3g

0.60 85.94 2.732

0.67 88.747 2.4751

0.70 89.95 2.365

0.7 ¯−0.6 ¿̄∗(89.95 °C −85.94 °C )+85.94 ° C

0.67 ¯−0.6 ¿̄¿

t = P− P1 P2− P1

∗(t 2−t 1 )+t 1=¿

0.7 ¯−0.6 ¿̄∗(2.365 m3

kg−2.732

m3

kg )+2.732 m3

kg

0.67 ¯−0.6 ¿̄¿

v= P− P

1 P2− P1∗( v

2−v1 )+v1=¿

),bar $,C v g ,m3g

0.50 81.33 3.24034

0.5425 83.29 3.0243

0.60 85.94 2.732

0.6 ¯−0.5 ¿̄∗(85.94 ° C −81.33 ° C )+81.33 ° C

0.5425 ¯−0.5 ¿̄¿

t = P− P1 P 2− P1

∗(t 2−t 1 )+t 1=¿

0.6 ¯−0.5 ¿̄∗(2.732 m3

kg−3.24034

m3

kg )+3.24034 m3

kg

0.5425 ¯−0.5 ¿̄¿

v= P− P1 P2− P1

∗( v2−v1)+v1=¿

),bar $,C v g ,m3g

0.40 75.87 3.99345

0.4278 77.39 3.7841

0.50 81.33 3.24034

[Escribir texto]


12/19

0.5 ¯−0.4 ¿̄∗(81.33 °C −75.87 °C )+75.87° C

0.4278 ¯−0.4 ¿̄¿

t = P− P1

P2− P1∗(t 2−t 1 )+t 1=¿

0.5 ¯−0.4 ¿̄∗(3.24034 m3

kg−3.99345

m3

kg )+3.99345 m3

kg

0.4278 ¯−0.4 ¿̄¿

v= P− P1 P2− P1

∗( v2−v1)+v1=¿

),bar $,C v g ,m3g

0.3 69.10 5.22918

0.3513 72.57 4.5953

0.4 75.87 3.99345

0.4 ¯−0.3 ¿̄∗(75.87 ° C −69.10° C )+69.10° C

0.3513 ¯−0.3 ¿̄¿

t = P− P1 P 2− P1

∗(t 2−t 1 )+t 1=¿

0.4 ¯−0.3 ¿̄∗(3.99345 m3

kg−5.22918

m3

kg )+5.22918 m3

kg

0.3513 ¯−0.3 ¿̄¿

v= P− P1 P2− P1

∗( v2−v1 )+v1=¿

),bar $,C v g ,m3g

0.25 64.97 6.204240.2748 67.01 5.7206

0.3 69.10 5.22918

[Escribir texto]


13/19

0.3 ¯−0.25 ¿̄∗(69.10 °C −64.97 ° C )+64.97 °C

0.2748 ¯−0.25 ¿̄¿

t = P− P1 P2− P1

∗(t 2−t 1 )+t 1=¿

0.3 ¯−0.25 ¿̄∗(5.22918 m3

kg−6.20424

m3

kg )+6.20424 m3

kg

0.2748 ¯−0.25 ¿̄¿

v= P− P1 P2− P1

∗( v2−v1)+v1=¿

),bar $,C v g ,m3g

0.20 60.06 7.64937

0.2172 61.74 7.15220.25 64.97 6.20424

0.25 ¯−0.2 ¿̄∗(64.97 °C −60.06 ° C )+60.06 °C

0.2172 ¯−0.2 ¿̄¿

t = P− P1 P2− P1

∗(t 2−t 1 )+t 1=¿

0.25 ¯−0.2 ¿̄∗(6.20424 m3

kg−7.64937

m3

kg )+7.64937 m3

kg

0.2172 ¯−0.2 ¿̄¿

v= P− P1 P2− P1

∗( v2−v1 )+v1=¿

),bar $,C v g ,m3g

0.15 53.97 10.022

0.1728 56.75 8.94

0.20 60.06 7.64937

0.2 ¯−0.15 ¿̄∗(60.06 °C −53.97 ° C )+53.97 °C 0.1728 ¯−0.15

¿̄¿

t = P− P1 P2− P1

∗( t 2−t 1 )+t 1=¿

[Escribir texto]


14/19

0.2 ¯−0.15 ¿̄∗(7.64937 m3

kg−10.022

m3

kg )+10.022 m3

kg

0.1728 ¯−0.15 ¿̄¿

v= P− P1

P2− P1∗(v2−v1 )+v1=¿

),bar $,C v g ,m3g

0.10 45.81 14.674

0.128 50.38 12.0688

0.15 53.97 10.022

0.15 ¯−0.10 ¿̄∗(53.97°C −45.81°C )+45.81°C

0.128 ¯−0.10 ¯¿¿

t = P− P1 P2− P1

∗(t 2−t 1 )+t 1=¿

0.15 ¯−0.10 ¿̄∗(10.022m3

kg−14.674

m3

kg )+14.674 m3

kg

0.128 ¯−0.10 ¿̄¿

v= P− P1 P2− P1

∗(v2−v1 )+v1=¿

),bar $,C v g ,m3g

0.10 45.81 14.674

0.1091 47.3 13.8273

0.15 53.97 10.022

0.15 ¯−0.10 ¿̄∗(53.97°C −45.81°C )+45.81°C

0.1091 ¯−0.10 ¿̄¿

t = P− P1 P2− P1

∗(t 2−t 1 )+t 1=¿

[Escribir texto]


15/19

0.15 ¯−0.10 ¿̄∗(10.022m3

kg−14.674

m3

kg )+14.674 m3

kg

0.1091 ¯−0.10 ¿̄¿

v= P− P1

P2− P1∗(v2−v1 )+v1=¿

1. )orcen$aes de error.

a e em#era$ura

%Et =t exp−t bibt exp

∗100

%Et 1=t e x!−t bib

t exp∗100=

90°C −88.747 °C 90° C

∗100=1.39

%Et 2= t exp−t bibt exp∗100=85 °C −83.29° C

85 °C ∗100=2.00

%E t 3=t exp−t bib

t exp∗100=

80 ° C −77.39 ° C 80 ° C

∗100=3.26


t exp∗100=

75 ° C −72.57 ° C 75 ° C

∗100=3.24


t exp∗100=

70 ° C −67.01 ° C 70° C

∗100=4.27

%Et 6=t exp−t bibt exp

∗100=65 °C −61.74 °C

65 °C ∗100=5.01

%Et 7=t exp−t bibt exp

∗100=60 °C −56.75 ° C

60 °C ∗100=5.41


t exp∗100=

55 ° C −50.38 ° C 55° C

∗100=8.40

%Et 9=t exp−t bib

t exp∗100=

50 °C −47.3 °C

50 °C ∗100=5.40

b e )resi%n

%Et = P bib− Pexp

Pbib∗100

[Escribir texto]


16/19

0.7014 ¿̄∗100=4.47

0.7014 ¯−0.67 ¿̄¿

%EP1= Pbib− Pexp

Pbib∗100=¿

0.5783 ¿̄∗100=6.19

0.5783 ¯−0.5425 ¿̄¿

%EP2= Pbib− Pe x!

Pbib∗100=¿

0.4739 ¿̄∗100=9.73

0.4739 ¯−0.4278 ¿̄¿

%EP3= Pbib− Pexp

Pbib∗100=¿

0.3858 ¿̄∗100=8.94

0.3858 ¯−0.3513 ¿̄¿

%EP4= Pbib− Pexp

Pbib∗100=¿

0.3119 ¿̄∗100=11.89

0.3119 ¯−0.2748 ¿̄¿

%E P5= Pbib− Pexp

Pbib ∗100=¿

0.2503 ¿̄∗100=13.22

0.2503 ¯−0.2172 ¿̄¿

%EP6= Pbib− Pexp

Pbib ∗100=¿

0.19941 ¿̄∗100=13.34

0.19941 ¯−0.1728 ¿̄¿

%EP7= Pbib− Pexp

Pbib∗100=¿

0.15758 ¿̄∗100=18.77

0.15758 ¯−0.128 ¿̄¿

%EP8= Pbib− Pexp

Pbib∗100=¿

0.1235 ¿̄∗100=11.66

0.1235 ¯−0.1091 ¿̄¿

%E P9= Pbib− Pexp

Pbib∗100=¿

P + , Temperatura + , Presión

1 1.39 4.47

2 2.00 6.19

3 3.26 9.73

4 3.24 8.94

5 4.27 11.89

6 5.01 13.22

7 5.41 13.34

[Escribir texto]


17/19

8 8.40 18.77

9 5.40 11.66

- nálisis de esul$ados

e$n *s resu*ta%s mstra%s en *s c'*cu*s pue% %ecir ue &u errres

eperimenta*es -a ue se pue%e er ue *s resu*ta%s %e *s prcentaes %e errr sn a*ts

t% est a ra %e una ma*a eperimentación per a pesar %e est se pu% tener un

cmprtamient simi*ar a* espera%.

- ra&icasa )resi%n (s em#era$ura

[Escribir texto]


18/19


19/19

,n *a se$un%a $ra!ica %e P s : p%ems er ue *a ariación !ue mnima a* cntrari %e

* ue *s c'*cu*s ns in%ican sin emar$ au p%ems serar ue a me%i%a ue

aumenta *a presión e* *umen espec!ic %isminu-e.

Conclusi%n

/e *a pr'ctica rea*ia%a pue% cnc*uir ue *a temperatura en una sustancia pura es%irectamente prprcina* a su presión ue *a presión %e una sustancia pura es

inersamente prprcina* a su *umen - ue %epen%ien% %e *as cn%icines a *as ue

este una sustancia pura %epen%er'n tami"n sus prpie%a%es term%in'micas.

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Documents

Practica 1 y 2. Diagramas P-Vg y P-T