Aparatos para la enseñanza de las leyes físicas del siglo XIX

FELIU Y PÉREZ, BARTOLOMÉ: Curso elemental de Física experimental y aplicada y nociones de Química Inorgánica

Laboratorio de Física I.E.S. Ibáñez Martín

APARATO DE GAY-LUSSAC PARA MEDIR LA TENSIÓN DE UNA MEZCLA DE VAPORES Y GASES

COLECCIÓN Termología
TEORÍA

FUNDAMENTO

FRAGMENTO DE RECHERCHES SUR LA DILATACION DES GAZ ET VAPEURS (1802).

Gay Lussac estudió la relación existente entre el volumen de un gas y su temperatura. Al aumentar la temperatura aumenta el volumen, pero si la temperatura se expresa en la escala Kelvin o absoluta, la temperatura y el volumen son directamente proporcionales (al duplicar una, se duplica la otra, al multiplicar una por 3, otro tanto le sucede a la segunda). Siguiendo la notación de la ley de Boyle-Mariotte, podemos escribir: Vo/To=V1/T1  donde el subíndice 0 indica el volumen y la temperatura iniciales del gas y el subíndice 1 los valores finales de volumen y temperatura: cuando la presión no varía, el cociente entre el volumen ocupado por un gas y la temperatura a la que se encuentra, permanece constante. Es preciso señalar que los volúmenes pueden ser medidos en cualquier unidad, siempre que coincidan ambos, pero la temperatura debe expresarse en la escala Kelvin. La misma relación existe entre la presión y la temperatura de un gas: Po/To=P1/T1   Cuando el volumen no cambia, el cociente entre la presión de un gas y su temperatura permanece constante.

FUNCIONAMIENTO

Sirve para demostrar las leyes de Dalton referentes a las tensiones de los vapores en los gases, hoy diríamos de las presiones parciales. Consta de un grueso tubo de vidrio, T, comunicado inferiormente con otro tubo más fino, T`, abierto por arriba. El tubo T lleva en su parte superior una guarnición de hierro, D, con su llave, y en su parte inferior otra llave para dar salida al líquido, generalmente mercurio. Los dos tubos se encuentran unidos a una placa con dos escalas que representan partes de igual capacidad en cada uno de ellos. El experimento a realizar consta de tres partes:

1. En la llave D se quita el globo de vidrio y se acopla un pequeño embudo, cerrando la llave de la parte inferior, se echa mercurio hasta llenar el tubo grueso, con lo que en el otro tubo el mercurio llegará al mismo nivel.

2. Se quita el embudo y se coloca el globo de vidrio lleno de aire seco y con su correspondiente llave. Cuando se abre esta llave, y después de abrir también la de la parte inferior del tubo grueso, se observa como sale una porción de mercurio y una parte del aire seco del globo penetra en el tubo grueso. La presión que ejerce la parte de aire seco que ha entrado es menor que la atmosférica, puesto que el nivel en el tubo grueso es más alto que en el fino. Se añade entonces mercurio por el tubo fino hasta que el nivel en los dos tubos sea el mismo, por supuesto antes de añadir el mercurio hay que cerrar todas las llaves.

3. Se quita entonces el globo de vidrio y en su lugar se pone una llave, R, que lleva una pequeña cavidad. Con ella se puede introducir en el tubo grueso un líquido cualquiera sin necesidad de establecer comunicación con el exterior. Cuando cae ese líquido sobre el mercurio, se vaporiza, adquiriendo su máxima tensión de vapor a la temperatura de la experiencia, haciendo descender la columna en T y ascender en T`. Se añade entonces mercurio por la rama estrecha hasta que la mezcla ocupe el volumen primitivo del aire, con lo que éste recuperará su tensión, y la diferencia de altura, medida en la escala, representa la tensión máxima del vapor formado.

FUNDAMENTO MATEMÁTICO

Ley de Charles

P = cte

n = cte

V α T

V / T = cte

V1 / T1 = V2 / T2

Ley de Gay-Lussac

V= cte

n = cte

P α T

P / T = cte

V1 / P1 = V2 / P2

LA EXPERIENCIA DE  GAY-LUSSAC Tensión de una mezcla de vapores y gases  Llenamos de mercurio el tubo A, y cerradas las llaves b y d, se enrosca sobre b, en vez del embudo C, un globo de vidrio M cerrado a su vez por otra llave, y lleno de aire seco o de cualquiera otro gas. Abriendo luego las tres llaves, se da paso por el tubo A a una parte del mercurio, que es reemplazado por el aire seco del globo.
APLICACIONES Se debe tener en cuenta la temperatura de un neumático en un día caluroso. A primeras horas del día y sin rodar la temperatura no es muy alta, pero sobre el mediodía, la temperatura aumenta mucho, por tanto la presión también porque el volumen permanece prácticamente constante.

En el transporte de líquidos y gases peligrosos por carretera o ferrocarril se tiene en cuenta la Ley de Gay-Lussac. Por ej. se transporta nitrógeno con una Pi=3 atm y Ti=-15º (258K). En destino Tf=33º (306K). Por tanto Pf=3,56 atm (Pi/Ti=Pf/Tf)

En las armas de fuego: la inflamación rápida de la pólvora desarrolla una masa muy considerable de gases a lo largo del cañón.

Tiro de las chimeneas hogareñas e industriales: si la columna gaseosa de una chimenea ha de subir, es indispensable establecer una diferencia de densidad entre ella y el aire exterior. Conviene, por tanto, que el hogar tenga poca abertura, y la chimenea poca sección, para evitar que penetre aire sin pasar por el fogón y enfríe la masa ascendente. Las portezuelas ayudan a aumentar el tiro.

BIBLIOGRAFÍA

DELGADO, MªANGELES, LÓPEZ, J. DAMIÁN Y OTROS, La recuperación del material científico de los gabinetes y laboratorios de Física y de Química de los institutos y su aplicación a la práctica docente en secundaria, en XXI Encuentros de Didáctica de las Ciencias Experimentales, Servicio editorial UPV, 2004, pp.361-380.
FELIU Y PÉREZ, BARTOLOMÉ: Curso elemental de Física experimental y aplicada y nociones de Química Inorgánica. 6º edición. Imprenta de Jaime Jepus, Barcelona, 1886.

GANOT, ADOLPHE: Tratado elemental de física experimental y aplicada y de meteorología. 2º edición. París 1871.

TURPAIN, ALBERTO: Tratado teórico-práctico de física. Casa editorial Araluce. Barcelona 1931

 

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