SimuLab 10: Ley de los Gases Ideales

 


Objectivo es:

Comprobar la ley de los gases ideales obteniendo mediciones de V, T y P y evaluar la consistencia del cociente PV/NT en distintas condiciones.

Al realizar este simulab, usted será capaz de:

Testear la validez de la ley de los gases ideales a bajas densidades y altas temperaturas.

Definir la constante de Boltzmann.

Testear que la ley de los gases ideales no depende de la masa molecular.

Encontrar los limites de validez de la ley de los gases ideales en términos de la densidad del gas y la temperatura.


Sugerimos que copie la siguiente tabla en papel, la cual utilizaremos en este simulab.

 Experimento
T
P
 V
N
N/V
PxV NxT
A            
B            
C            

Exp. A: 100 verdes, 100 azules, masa = 1

Exp. B: 100 verdes, masa = 1

Exp. C: 200 azules, masa = 10


Usted realizará tres experimentos ( A, B, y C), utilizando de la aplicación SMD, el experimento IdealGasLaw, (Leyes de los gases Ideales)

1. Usando la aplicación SMD, abra en Preset Experiment...(experimento predeterminado) el experimento IdealGasLaw, ubicado en el directorio IdealGas. Usted puede, si lo desea, cambiar el color del fondo donde se encuentran las partículas. Para ello seleccione Edit: Background (Fondo) y luego Gray (Gris). Está visualizando una mezcla de gas a una densidad y temperatura determinadas. El gas consiste de 100 moléculas verdes y 100 azules, como se puede apreciar en la figura 2.6.

 

2. Ponga el número de Iterations Between Displays (Visualizaciones Ocultas) en 1000. Aumentar el número de Iteraciones acelera el programa.

3. Presione Start y espere aproximadamente 20 unidades de tiempo.

Presione Pause. Tome nota de la temperatura T, la presión P, el volumen V, el número de partículas N y la densidad de partículas N/V (experimento A de su tabla). Realice el cálculo PV/NT.

El sistema ha llegado al equilibrio y usted está recolectando datos para futuros análisis.

4. Seleccione File (Archivo) y luego Reset Experiment (Reactualizar Experimento). Seleccione Edit, luego Particles... (Editar Partículas) y Remove all B particles (Remover toda B), (B = partículas azules), y presione sobre la pantalla con las partículas verdes y azules. Las partículas azules deben desaparecer. Cierre entonces la ventana Editar Partículas. Seleccione Reset Averages, (Reactualizar en el panel de los valores Promedios, (show Averages)). La reactualización de promedios elimina los datos previos del experimentos.

Usando ahora las partículas verdes, repita el paso 3, y complete la tabla para el experimento B.

5. Seleccione File y luego Reset experiment, ( Reactualizar Experimento). Remueva todas las partículas verdes, como lo hizo en el paso 4 con las azules. Ponga la masa en 10, utilizando el cursor de B particle mass, que se encuentra en la parte inferior. Luego seleccione Reset Averages, y repita el paso 3. .

Tome nota de los valores en la tabla para el experimento C.

P2.60 Compare los valores hallados de PV/NT en los experimentos A, B, y C.

Calcule el valor medio. Este valor representa la constante de Boltzman en unidades de computadora.
Teóricamente, la constante de Boltzman es 1.0 en nuestra simulación. En los experimentos A y C, la densidad del gas es de 0.02 y es muy alta como para reproducir el valor teórico. En el B, la densidad del gas es 0.01 y se acerca al comportamiento de un gas ideal.


Ahora vamos a determinar el rango de densidades para el cuál se satisface la ecuación de la ley de los gases ideales.

Sugerimos que copie la siguiente tabla en papel.

 Experim..
T
P
 V
N
N/V
PxV NxT
D
            
E
            
F
            

Experimento D: 200 verdes, N/V = 0.1

Experimento E: 200 verdes, N/V = 0.2

Experimento F: 200 verdes, N/V =0.5 .


6. Seleccione File y luego Reset experiment . Seleccione Edit, luego Particles y elija Change all particles to G (Todas G (para hacer todas las partículas verdes). Presione sobre la pantalla y después cierra la ventana Edit Partícles. Ponga Visualizaciones Ocultas en 1000. Está preparando el experimento D.

7. Seleccione Show Additional Parameters,  esto desplega una ventana nueva con la leyenda: Hide Additional Parameters y utilizando el mouse modifique la densidad al valor 0.1, en Number Density. Presione Start. Aparecerá una ventana que le dice que se esta modificando la densidad, responda Ok, en ambas oportunidades. Espere aproximadamente 10 unidades de tiempo de manera tal de alcanzar el equilibrio.

Luego, reactualice los valores promedio seleccionando show Averages y elijiendo Reset Averages, espere otras 20 unidades de tiempo, y presione Pause. Tome nota de los parámetros en la tabla en el experimento D y calcule PV/NT.

Usted está visualizando como el sistema llega al equilibrio.

P2.61: ¿Cómo es el cociente obtenido con respecto al valor teórico de 1.0?

8. Repita el Paso 7 para densidades 0.2 y 0.5. Ahora recolectará los datos para los experimentos E y F.      

P2.62: Comente acerca de la consistencia del cociente PV/NT a medida que la densidad del gas aumenta.

Determinemos ahora el rango de temperaturas para el cual es valida la ley de los gases ideales.

 Experim..
T
P
 V
N
N/V
PxV NxT
G
            
H
            
I
            

Experimento G: 200 verdes,T = 2

Experimento H: 200 verdes,T = 1

Experimento I: 200 verdes,T = 0.5

9. Para trabajar con una muestra de gas de muy baja densidad, ponga la Densidad de Partículas en 0.02. Para ello seleccione Hide Additional Parameters y utilizando el mouse modifique la densidad en Number Density.

10. Ponga la Temperatura en 2. Presioná Star. Espera aproximadamente 10 unidades de tiempo hasta llegar al equilibrio. Luego, reactualice los valores promedio seleccionando show Averages y elijiendo Reset Averages. Espere otras 20 unidades de tiempo. Anote los valores en la tabla y calcule PV/NT.

Está colectando datos para el experimento G. Recuerde que reactualizar los promedios, elimina los datos del sistema cuando este, estaba fuera del equilibrio.

11. Repita el Paso 10 para temperaturas T=1 y T=0,5. Está colectando datos para los experimentos H e I.

P2.63: ¿Cuán consistente con el valor teórico constante es el cociente PV/NT cuando se cambia la temperatura en los experimentos G, H, e I?

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