ENSEÑANZA DE LA FÍSICA Y LA QUÍMICA
Ley de Boyle-Mariotte
INTRODUCCIÓN
La ley de Boyle-Mariotte relaciona la presión de un gas con el volumen
que éste ocupa cuando la temperatura
permanece constante. Es la ley experimental que se emplea en los libros de
Física elemental para introducir la ley general de los gases. Existen en la
bibliografía numerosos dispositivos para comprobarla. El experimento que proponemos
puede realizarse en un laboratorio escolar, como experiencia de cátedra.
Antes de este experimento parece lógico que los alumnos hayan comprendido el concepto de magnitudes inversamente
proporcionales. En esta web se ha publicado un experimento sobre este tema
(Prácticas de Física 16: “Magnitudes inversamente proporcionales”)
MATERIAL
Jeringa de plástico de 50 mL
Juego de pesas de
Aceite de lubricar (por ejemplo de silicona)
Soportes y pinzas.
Calibrador
Portapesas
Pinza de Mohr
DISPOSITIVO
El dispositivo experimental utilizado por
nosotros está reflejado en la figura 1b. Observe el tipo de jeringa utilizado.
Se prefiere utilizar una de plástico en vez de vidrio porque presenta menos
rozamiento.
Fig.1a
Fig.1b
Las cuerdas que tiran del émbolo de la jeringa deben ser resistentes.
Observe cómo se disponen las cuerdas. La polea debe ser fuerte a ser posible
metálica para que no ceda ante los pesos que se colocan en los portapesas.
Antes de realizar el montaje de la figura 1 se lubrica el émbolo y la
parte interior de la jeringa con aceite de silicona. En caso de no tenerla
puede utilizar otro aceite líquido, pero no grasa sólida. Si no dispone de
pesas, use un pequeño cubo de plástico
y las pesas los sustituye por arena o por objetos pesados que pueda medir
con una balanza
FUNDAMENTO
Inicialmente el aire contenido en la jeringa se encuentra a la presión atmosférica. Cuando se cierra la
goma con la pinza de Mohr y se colocan pesas en el portapesas el volumen del
gas aumenta y la presión disminuye.
Fig.2
Se produce un equilibrio de fuerzas tal
como indica la figura 2. Como todas actúan sobre la superficie del émbolo
podemos escribir que
FPat =Pat.S ; Fpesas
= Peso de las pesas =P ; Fgas
= Pgas .S
Como FPat = P+Fgas ; Pat.S = P+ Pgas .S ; Pgas
= Pat -
PROCEDIMIENTO
La primera medida se hace con un volumen de aire inicial (en nuestro experimento
de 10 mL) que se encuentra a la presión
atmosférica. Esta medida se hace sin apretar la pinza de Mohr. Observe que
para mantener tensa la cuerda se coloca un portapesas cuya masa es
A continuación se aprieta la pinza de Mohr y se cuelgan pesas en el portapesas
y se leen los correspondientes volúmenes. Para evitar, en lo posible,
medidas erróneas, una vez que ha colocado las pesas comprima el émbolo y lo
suelta para que vaya a su posición de forma espontánea, también
puede estirarlo y dejar que vuelva a su posición. Conviene hacer tres o cuatro
operaciones como las señaladas y tomar el valor medio del volumen.
Observe la secuencia de fotos (fig
Fig.3a
Fig.3b
Fig.3c
Fig.3d
Fig.3e
Fig.3f
Presión atmosférica , Pat = …………. mmHg =
…………. Pa
Diámetro del émbolo D = ………. cm = ……….
m
Superficie del émbolo, S =
= ………. m2
Tabla 1
Número de pe-sas
colgadas + número de portapesas |
Volumen de aire |
Masa de las pesas y portapesas |
Peso de las pe-sas y de los portapesas P= Mg, |
Presión ejerci-da por las pesas Pp= P/S , Pp/ Pa |
Presión del gas Pg = Pat-Pp |
Volumen de aire V/m3 |
Inverso del volumen de aire (1/V)/ m-3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Represente:
a) La presión del gas en el eje de ordenadas frente al volumen en el eje
de abscisas;
b) represente la presión en el eje de ordenadas frente al inverso del
volumen en el eje de abscisas.