Universidad Mayor de San Andrés Facultad de Ingeniería Laboratorio de Física DETERMINACION DE GAMMA DEL AIRE MATERIA: LABORATORIO DE FISICA–102 DOCENTE: ING.OSCAR ROMAYO AZURDUY ESTUDIANTE: UNIV. VICTOR HUGO ICHUTA TARQUI GRUPO: “A” 20 DE JULIO DE 2018 1 1.1. OBJETIVO GENERAL Encontrar la constante gamma “γ” del aire por el método de Clement y Desormes. 1.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS Validar el valor encontrado con el teórico. Con la tabla de datos obtenidos, realizar prueba de hipótesis 2 Aplicar conocimientos de termodinámica. Los equipos y materiales que se utilizaron en el presente laboratorio son los siguientes: Nº MATERIAL CARACTERÍSTICA 1 Botellón de vidrio herméticamente cerrado Tres aperturas en su tapa 2 Manómetro En forma de “U” 3 Manguera de conexión – 4 Manguera de conexión Con insuflador de aire 5 Regla milimétrica Metálica 4 Masquen – 3 MARCO TEORICO PROCESO ADIABÁTICO. El término adiabático hace referencia a elementos que impiden la transferencia de calor con el entorno. Una pared aislada se aproxima bastante a un límite adiabático Es un proceso adiabático a aquel en el cual el sistema  (generalmente, un fluido que realiza un trabajo) no intercambia calor con su entorno. Un proceso adiabático que es además reversible se conoce como proceso isentrópico. APLICACIÓN DE UN PROCESO ADIABÁTICO: En climatización los procesos de humectación (aporte de vapor de agua) son adiabáticos, puesto que no hay transferencia de calor, a pesar de que se consiga variar la temperatura del aire y su humedad relativa. Este proceso se observa cuando en un pistón  que contiene un gas, después de suministrarle calor y producir cambios tanto en la presión como en el volumen su temperatura permanece constante. Dentro de un termo donde se colocan agua caliente y cubos de hielo, ocurre un proceso adiabático, ya que el agua caliente se empezará a enfriar debido al hielo, y al mismo tiempo el hielo se empezará a derretir hasta que ambos estén en equilibrio térmico, sin embargo no hubo transferencia de calor del exterior del termo al interior por lo que se trata de un proceso adiabático. En la compresión del pistón en una bomba de inflado de ruedas de bicicleta, o la descompresión rápida del émbolo de una jeringa (previamente comprimido con el agujero de salida taponado). En fin los procesos adiabáticos son muy importantes en la ingeniería. Algunos ejemplos comunes incluyen la expansion de gases calientes en maquinas de combustión interna, la licuefacción de los gases en sistemas de enfriamiento y la fase de compresión en un motor de diesel. ENFRIAMIENTO ADIABÁTICO: QUÉ ES Y CÓMO APLICARLO: El proceso de enfriamiento adiabático, denominado también enfriamiento evaporativo, se usa principalmente en procesos industriales, aunque también tiene una importante presencia en sistemas de climatización en edificación. Este principio se aplica en muchos procesos de transmisión de calor y aplicaciones físicas donde se considera que el sistema no intercambia energía con el entorno. A modo de ejemplo, son considerados procesos adiabáticos, aquellos en los que se produce la expansión o compresión de un gas en el interior de un cilindro, así como los procesos de ensayo para determinar el poder calorífico de un combustible, ya que toda la energía del combustible se transfiere al fluido o compuesto que hay dentro del equipo de ensayo. APLICACIÓN EN EDIFICIOS Y CLIMATIZACIÓN El enfriamiento adiabático es un proceso físico mediante el cual se produce el enfriamiento del aire mediante la evaporación de agua previamente añadida. Para conseguir la evaporación de agua en la corriente de aire, lo más habitual es la pulverización directa de microgotas de agua o vapor, existiendo otros sistemas alternativos como el uso de paneles húmedos que son atravesados por la corriente de aire. La consecuencia de todos estos sistemas es la misma: una disminución de su temperatura seca y un aumento de la humedad absoluta y relativa. Los procesos de enfriamiento adiabático en climatización pueden encontrarse aplicados al aire de aportación, lo que se denomina enfriamiento adiabático directo, o bien aplicados a sistemas de doble flujo con recuperador de calor, enfriando el aire de extracción previamente a su paso por el intercambiador de calor, en tal caso se denomina enfriamiento adiabático indirecto. En ambos caso el funcionamiento suele ser el siguiente: El aire seco a su paso por el climatizador atraviesa la sección de humidificación en la que se produce el aporte de agua mediante lanzas de vapor, o paneles húmedos. El incremento en el nivel de humedad por encima del nivel de saturación del aire, sumado a la circulación de aire seco, provoca la evaporación directa de las microgotas de agua líquida. La energía para producir esta evaporación se obtiene de la corriente del aire que, como consecuencia, produce el enfriamiento de éste y un aumento de la humedad, tal como hemos mencionado anteriormente. El consumo de energía de estos sistemas es, por lo tanto, muy bajo, ya que solo existe consumo en los ventiladores utilizados para el trasiego del aire, y de las pequeñas bombas necesarias para recircular el agua de refrigeración. En cambio en los sistemas de climatización convencionales el enfriamiento se basa en el uso de máquinas frigoríficas dotadas de compresores frigoríficos con un elevado consumo de energía eléctrica. El proceso de enfriamiento adiabático, que conlleva un consumo de energía prácticamente nulo, permite conseguir enfriamientos del aire entre 2 ºC y 10 ºC. No obstante, el enfriamiento producido con un sistema adiabático depende de las condiciones higrométricas del aire y de la temperatura del agua. 4 PROCEDIMIENTO - Abrir la llave “L” y mediante una perilla de goma insuflar aire lentamente en el botellón hasta que la diferencia de nivel en las ramas del manómetro sea apreciable. - Cerrar la llave “L” y esperar que el liquido se estabilice en el manómetro -Medir la altura H1. - Abrir rápidamente la llave “L” y cerrarla después de la primera oscilación de la columna liquida. - Esperar que el liquido se estabilice en el manómetro. - Medir la altura H2. - Repetir el mismo procedimiento diez veces. 5 La tabla de datos obtenidos es el siguiente: Nº de Prueba 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 H1 (cm) 28,1 11,4 20,8 21,2 15,2 17,4 15,9 23,3 19,1 25,2 H2 (cm) 6,3 2,7 4,6 4,9 3,4 4 3,6 5,2 4,4 5,8 Mediante la formula : H1 (cm) 28,1 11,4 20,8 21,2 15,2 17,4 15,9 23,3 19,1 25,2 H2 (cm) 6,3 2,7 4,6 4,9 3,4 4 3,6 5,2 4,4 5,8 Gamma del aire γ 1,23 1,31 1,28 1,30 1,28 1,29 1,29 1,28 1,29 1,29 1. 2. Determinar 𝜸 = 𝜸 ± 𝐄𝜸 (Suponiendo que las alturas H1 no son constantes) Aplicando las fórmulas: Donde n = 10 Para un nivel de confianza del 95% y n = 10 Entonces Por lo tanto: 𝜸 = 1,28 ± 0,0151 3. validación de hipótesis : Para un nivel de confianza del 95% y n = 10 Entonces: Se cumple, la hipótesis nula Ho se cumple la hipotesis. 6 El resultado hallado por medio de los datos tomados en el experimento no salió lo quese esperaba que era el valor de 1.4, si no que nos dio un valor mas pequeño 1.32. A pesar del resultado hallado se pudo ver que la hipótesis se cumple porque el t calculado es menor que el t de tablas lo cual hace validar el experimento es entonces que se pudo haber cometido error sistemático como también error de paralaje al leer las longitudes con la regla ya que un error de lectura también causa una gran varianza en los resultados. Puede ser también que el aire pudo sufrir un leve calentamiento porque en el aula en el cual se trabajo estuvo un poco caliente ya sea por el calor de la luz solar como también por el calor de cada estudiante en el aula lo cual calentó el ambiente y esto se especifica 7 también en el guía del experimento que para el aire caliente este se aproxima al valor de 1.3. Se emplean manómetros de columnas de agua para medir presiones bajar como la que se consigue en el presente experimento y en aplicaciones de aire impulsados por ventiladores centrífugos o en tuberías de distribución de gas domiciliaria ¿Por ejemplo una plg de columna de agua, que porcentaje presión representa? De qué modo influirían las burbujas en el liquido manométrico?. Representa un muy pequeño porcentaje en relación a la presión atmosférica, ahora si hubiese burbujas en el líquido manométrico esto reduciría la presión existente en la botella lo cual cambia todo el experimento. Porque el vapor de agua que está en el ambiente no es considerado en el experimento. Porque en realidad en vapor de agua está en muy pequeñas proporciones y tan solo influiría muy poco en las medidas pero se debería tomar en cuenta. Si la variable independiente H1 se mantendría ctte. Para todas las medidas las dispersiones de su medida y de H2 serian pequeñas y estos valores se podrían expresar como H1=H1±EH1 y H2=H2±EH2 respectivamente entonces el Eγ tendría que calcularse por propagación, deduzca la ecuación para encontrar el error de medida de gamma. Indique que ley de la termodinámica predice la ocurrencia del proceso C-D del experimento. Es la ley donde el trabajo se hace nulo lo cual da que en calor es igual al cambio de energía interna como se muestra en la primera ley. El proceso de expansión BC del experimento hace que el aire en el interior del botellón se enfrié, este principio se aplica en los evaporadores de los refrigeradores para absorber calor de los alimentos ¿Qué sucede en los procesos de comprensión adiabática? Sucede lo contrario pues este se comprime y al ocurrir esto aumente su temperatura y esto se aplica al calentar una cierta determinada cosa como en los microondas que son usadas para calentar rápidamente. ¿Qué medio de propagación de calor permite el aire del interior del botellón ganar calor del exterior? Es el calor por conducción por medio de las paredes del botellón. Y otros factores pero de menor significancia. Indique que idealizaciones se asumieron en el experimento. El aire usado está completamente seco cuando en realidad esto no es asi sino que existen un pequeño porcentaje de vapor de agua por la constante cambio de estado de los líquidos en especial del agua en el ambiente. Que error sistemático se comete al emplear la ecuación 12 en vez de la 10 en la determinación de gamma. Puede ser el no tomar en cuenta las características del liquido ya que este puede sufrir una evaporación rápida si fuésemos a usar alcohol entonces afecta las medidas tomadas. haciendo uso del gamma encontrado en el experimento, presiones registradas calcule la temperatura tc en función de to ¿Qué benéficos se obtendría si pusiéramos un termistor en el interior del botellón? Si ponemos el termistor en el botellón nos darían valores de resistencia en los cuales con la ayuda de una tabla compararíamos y obtenemos la temperatura del aire en su interior y con ayuda de un parámetro compararíamos si el aire esta frio o caliente. Cuando se incrementa la presión del aire, el vapor de agua presente en el aire tiende a condensarse en cuanto cuando la presión baja en agua evapora a menores temperaturas este fenómeno es facial de recodar para los que vivimos en alturas comente ¿Cómo influiría un manómetro de columna de agua en el presente experimento?¿cómo influiría en vapor de agua que aunque en pequeñas proporciones siempre está en el aire? Como en la paz se obtiene una presión atmosférica menor al del nivel del mar entonces este tiende a evaporarse con más facilidad lo cual hace que pueda haber cierto error pero no demasiado porque tampoco es que se evapora y este cambie estrepitosamente es entonces también que el vapor existente en el aire de alguna manera presenta una cierta presión lo cual estaría marcando el manómetro lo cual afecta un poco el experimento. BIBLIOGRAFÍA. GUIA DE EXPERIMENTOS DE FÍSICA BÁSICA II. Febo Flores FISICA UNIVERSITARIA Sears – Zemansky. FISICA MODERNA White – Harvey