La llei dels gasos ideals

Procediment operatiu

1) Fem un forat de a la tapa del recipient.

2) Enganxem el tap foradat a la tapa del pot, per la part exterior (vegeu la figura 1).

3) Fem passar pel forat un tub de vidre de laboratori llarg , de o més (vegeu la figura 4).

4) Ajuntem els dos termòmetres capiculats i els lliguem amb un cordill o filferro (vegeu la figura 2).

Fig. 1

Fig. 2

5) Protegim els bulbs amb una mica de Porexpan. Podem utilitzar les peces en forma de que hi ha als embalatges. Això ho fem per evitar que els bulbs toquin les parets del recipient. Ens interessa la temperatura de l’aire, no la del recipient (vegeu la figura 3). 6) Posem els termòmetres dins del recipient de vidre i el tapem (vegeu la figura 4).
	Fig. 3	Fig. 4

7) Muntem el cèrcol en el suport, a l’extrem superior de la barra. Posem el recipient invertit damunt del cèrcol, de manera que el tub vagi a l’interior d’una proveta plena d’aigua. El muntatge ja està llest per fer l’experiment (vegeu les figures 5 i 7).

Experiment 1

1. Destapem el recipient de vidre.

2. Amb l’assecador de cabell escalfem l’aire durant tres o quatre minuts. Convé no apuntar directament cap al termòmetre. Interessa que la temperatura arribi a o i que les parets del recipient també estiguin calentes, en equilibri tèrmic amb l’aire, dins del que sigui possible.

3. Tapem el recipient, llegim les temperatures del dos termòmetres, el girem ràpidament (compte, necessitarem guants!) i el col•loquem damunt del cèrcol, amb el tub dins de la proveta.

4. A partir d’aquest moment l’aire de dins del pot es refreda i l’aigua comença a pujar pel tub. La proveta es va buidant i l’aigua entra al recipient de vidre.

5. Ho deixem refredar fins a la temperatura ambient.

6. Llegim la temperatura final i mesurem el desnivell de líquid entre la proveta i el pot de vidre.

7. Llegim la pressió atmosfèrica al baròmetre del laboratori ( vegeu la figura 6).

8. Observem que la temperatura de l’aire ha disminuït i la seva pressió també. Ja podem fer els càlculs corresponents i analitzar els resultats en relació amb la llei dels gasos ideals:

Fig. 5

Fig. 6

Fig. 7

Dades obtingudes i anàlisi dels resultats

El recipient de vidre té un volum de

No comptarem el volum del tub (

) perquè l’aire del seu interior no l’hem escalfat, i per tant no canvia de temperatura.
Descomptarem el volum dels termòmetres i el Porexpan

: aproximadament

.
Els dos termòmetres indicaven

. Per tant

.
Al final de l’experiment marcaven

. Per tant,

.
La pressió atmosfèrica era de

.
El desnivell entre l’aigua de la proveta i la de l’interior del recipient era

.
La quantitat de líquid transvasada a l’interior del recipient era

És a dir, veiem que la temperatura de l'aire ha canviat i la pressió també, però la relació

s’ha mantingut constant (dins d’uns marges d’error raonables), tal com diu la llei dels gasos ideals.

Experiment 2

Tot això també ho podem fer utilitzant dos tubs de vidre units per un tub de goma. Així podrem invertir el muntatge i comprimirem l'aire en lloc d'expandir-lo. A més, aquest segons mètode té l’avantatge que un cop refredat l’aire podrem fer les variacions de pressió que vulguem pujant i baixant el recipient o la proveta, i així podrem obtenir fàcilment noves dades. El muntatge seria molt similar al d’abans:

1. Destapem el pot i escalfem l'aire amb l'assecador.

2. Tapem ràpidament i girem el pot, de manera que el tub entri dins de la proveta.

3. L'aire es comença a refredar i el líquid comença a pujar. Llegim les temperatures just quan el líquid comença a pujar.

4. Quan el líquid ha pujat un tros pel tub, posem la proveta damunt la taula i el pot a terra, subjectat a la part baixa del suport.

5. Ho deixem refredar fins a la temperatura ambient. El líquid del tub comprimeix l'aire. El volum de líquid que passa al recipient és molt més gran que abans, i, per tant, és possible que haguem d'afegir aigua a la proveta. Jo hi he afegit quan he vist que el nivell baixava massa.

Fig. 8

Resultats obtinguts:

Els termòmetres indicaven i ; o sigui, .
Pressió atmosfèrica :.
Volum del recipient .
Volum de líquid transvasat: .
Temperatura final: .
Desnivell del líquid: ,
,

En aquest cas, la discrepància respecte al que ens diu la llei dels gasos ideals és només d’un. Es podrien aconseguir variacions de pressió més grans amb un tub més llarg, d'uns quants metres, i col•locant els dos recipients en pisos diferents, aprofitant, per exemple, l'escala de l' institut.

Fig. 9

Autor d'aquesta pàgina: Josep Ametlla, professor de Física i Química del IES Ausiàs March.