Relació entre pressió i temperatura dels gasos

Fitxa de l'alumnat

1. Introducció

En Joan i el Saffan són companys en el club de futbol del seu barri. Com cada tarda, es troben a l’entrada de les instal•lacions quinze minuts abans del començament de l’entrenament. Així, mentre es canvien, poden parlar de les seves coses. Ja fa molt de temps que són amics i que s’ho expliquen tot.
Avui, però, l’entrenador els demana que s’afanyin i que vagin a buscar les pilotes de futbol que es guarden al barracó on s'emmagatzema tot el material. Aquest barracó, a banda de magatzem, també és la sala on hi ha la gran caldera que abasteix d’aigua calenta totes les instal•lacions del club.
Mentre van cap allà, el Saffancomenta al Joan:

Saffan “T’has fixat que sempre que comencem l’entrenament les pilotes estan molt inflades?”

Joan “Sí. L’altre dia ho comentàvem amb l’Òscar. Déu ser que cada dia l’entrenador les infla.”

Saffan “Potser, sí. Però no crec que es dediqui a inflar cada dia 20 pilotes. Trigaria molt; i a més sempre va amb presses per marxar.”

Joan “L’Òscar deia que era perquè al barracó on es guarden fa molta calor i que això fa que al començament les pilotes estiguin molt inflades, però jo crec que això no hi té res a veure.”

Saffan “Sí que en fa, de calor, allà dins;però no crec que la calor agafi la bomba per inflar les pilotes i les infli. Ha! Ha! Ha!”

Joan “Sí, tens raó. Ha! Ha! Ha! Però ara que hi penso, la Carla, la professora de Ciències, l’altre dia va dir que la temperatura afectava la pressió dels gasos.”

Joan “Demà li preguntaré a la classe de ciències.”

2. Objectiu

En aquest dossier intentarem donar resposta a aquesta pregunta i, així, aclarir els dubtes d’en Joan i del Saffan. Per fer-ho, farem un seguit d’activitats que t’ajudaran a entendre la relació entre la pressió d’un gas i la seva temperatura. Mitjançant una experiència pràctica al laboratori i l’ús d’una simulació d’ordinador intentarem treure les conclusions oportunes.
Comencem.

3. Quin efecte tenen les variacions de temperatura sobre la pressió d'un gas?

Farem una pràctica al laboratori per donar resposta a aquesta pregunta. Per fer-ho, necessitem saber quins altres factors afecten la pressió d’un gas per tal de poder-los controlar. D’aquesta forma avaluarem únicament els efectes de la temperatura sobre la pressió del gas.

Ara pensem com podem fer la pràctica al laboratori. Per fer-ho, has de tenir en compte els factors que influeixen en la pressió i que disposes de l’equipament que es descriu a continuació:

Equipament

Al laboratori disposem del material següent:

• Vas de precipitats d’1 L o més gran.
  
• Tub de vidre Pyrex d’uns 8 cm d’alçada i 2,5 cm de diàmetre.
  
• Tap de goma.
  
• Una agulla.
  
• Suports metàl·lics amb pinces i nous.
  
• Placa calefactora amb agitador magnètic.
  
• Sensor de pressió .
  
• Sensor de temperatura.

Els sensors es poden connectar a una consola i a un ordinador,en els quals es pot treballar amb les dades recollides.

Procediment

A partir del material que trobes al laboratori parla amb el teu company de classe com faries la pràctica per tal de mesurar la pressió d’un gas a mesura que en varia la temperatura.
A l'hora de dissenyar el vostre experiment, cal que tingueu en compte que l'objectiu de la pràctica serà obtenir un conjunt de parelles de valors pressió-temperatura, de manera que puguem representar-los gràficament per tal de veure quina és la relació entre aquestes dues variables
Feu una petita redacció en què expliqueu el procediment que heu pensat. El podeu acompanyar d'un esquema que representi el muntatge.

Posada en comú de les diferents propostes.

Un cop obtinguda el gràfic que et dóna el programa Multilab, respon:

Edita el gràfic per representar la pressió enfront de la temperatura. Observa el gràfic:

Potser per respondre de forma més acurada aquestes preguntes, et convé fer el següent:

• Activa els cursors i situa’ls a cinc graus centígrads de diferència.
  
• Anota la variació de pressió que s’ha produït en aquests cinc graus.
  
• Fes el mateix per a deu i quinze graus.

Situa ara els cursors al començament i al final del gràfic, observa les variacions totals de temperatura i de pressió, i calcula l'increment de pressió que correspon a l'increment de temperatura d’un grau centígrad.

Adaptat de:
Centre d'Experimentació i Documentació en Ciències i Tecnologia
APARICIO, Ana; LOZANO, M.T. (2004)

4. Simulació

b) Modifica el volum arrossegant el puntet que hi ha a sota del volum, , cap a la dreta i cap a l’esquerra.

c) Ara modifica la variable “quantitat de substància”, .

d) Només falta analitzar la variable “temperatura”, . Modifica-la.

Bé, de moment hem vist què són la temperatura, el volum i la quantitat de substància, i com estan relacionades amb el comportament de les partícules que formen el gas.

Hem definit què són la temperatura, el volum i la quantitat de substància, però la pressió, què és?

Observem ara com influeix la variació de la temperatura d'un gas en la pressió que exerceix sobre el recipient que el conté. Per fer això, fixarem algunes de les variables anteriors i modificarem només el valor de la temperatura i la pressió. Fixa un volum de 5 L i augmenta la quantitat de substància fins al valor màxim que permet l’aplicació.

Comprova-ho modificant la temperatura.

5. Conclusions

Després del que hem après sobre la pressió i la temperatura dels gasos, què els diries ara al Saffan i a en Joan sobre la raó per la qual les pilotes estan molt inflades quan les agafem del barracó?

6. Reestructuració deconeixements

Fins ara hem treballat amb un model que ens ha permès entendre millor el comportament de les partícules del gas tancat en una pilota de futbol i la relació entre la temperatura i la pressió d’aquest gas però...

Et proposem ara que apliquis les conclusions extretes a altres exemples on pren especial importància la relació entre pressió i temperatura.

 Autor d'aquesta pàgina: Javi Cortés, Montserrat Pagès i Júlio Pérez, grup DIATIC del CRECIM de la UAB.

Aquesta obra està subjecta a una
Llicència de Creative Commons