Teoria

Experimento

A pressão, o volume, a temperatura e a energia interna de um gás estão relacionadas com a energia cinética das moléculas que o compõe. Se temos n moles de um gás de massa molecular M em um volume V, a massa específica do gás é definida como:

A massa específica (ou densidade do gás) pode ser diminuída aumentando V e/ou diminuindo n. Para  densidades suficientemente pequenas todos os gases apresentam a mesma relação entre p, V e T, e são chamados de gases ideais. Na realidade não há na natureza nenhum gás verdadeiramente ideal, mas todos os gases aproximam-se deste estado para densidades suficientemente baixas, isto é, quando as moléculas que compõe o gás estão suficientemente separadas.

Dada uma massa de gás nM fixa em equilíbrio térmico pode-se medir p, T e V. A experiência mostra que entre estas grandezas macroscópicas existem as seguintes leis;

Estas leis combinadas podem ser expressas por:  pV = nRT  que é a equação de estado de um gás ideal e R é a chamada constante dos gases cujo valor é: R = 8,31 J/mol.K.

Equipamento

Procedimento e Análise

a. Lei de Boyle-Mariotte

A massa de gás Argônio limitada pelas duas colunas de Hg é constante. O objetivo é medir a variação do volume deste gás (V) como função da pressão (p) mantida a temperatura constante, que no caso será a temperatura ambiente. Para isso, prenda, com auxílio de fita adesiva, o tubo capilar sobre a escala da régua que tem divisões de 0,5 mm. Como o diâmetro d do tubo onde se encontra o Argônio é fixo (d = 1 mm), a leitura da altura l por ele ocupada é suficiente para fornecer o seu volume.

A pressão aplicada sobre o gás pode ser variada inclinando-se o tubo com relação à vertical, pois desta maneira estamos alterando a componente da força peso da coluna superior de Mercúrio que atua perpendicularmente à superfície de separação Mercúrio-Argônio.

Sendo p₀ a pressão atmosférica local, a o ângulo que mede a inclinação do tubo com relação a vertical, r _Hg a massa específica do Mercúrio e h a o comprimento da coluna superior de Mercúrio, a pressão que atua no Argônio pode ser calculada em função de a como:

ou expressando p₀ e a pressão da coluna h em mm de Hg:

p(a ) = p₀ + h cos a (em mm de Hg).

Meça l em função de a para cinco valores distintos de a : 0° , 45° , 90° , 135° e 180° . Com os dados obtidos construa a tabela abaixo fornecendo a , p(a ) e l .

Baixe o manual resumido de laboratório aqui

b. Lei de Charles e Gay-Lussac

Será novamente usado o tubo capilar contendo o Argônio. Como se deseja agora analisar o comportamento do volume do gás em função da temperatura, mantendo a pressão constante, o suporte será mantido fixo na posição vertical. A temperatura será variada por meio das fontes fria (gelo) e quente (aquecedor).

Inicialmente, retire o tubo capilar de régua e prenda-o no suporte esquerdo do tripé. Coloque o tubo paralelo e junto a escala vertical. Coloque ambos dentro da proveta graduada que contém água. Faça variar a temperatura da água evitando ultrapassar os 70° C para não danificar a régua. Anote 6 pares de pontos (T, l ), faça o gráfico T x l que deverá verificar a Lei de Charles e Gay-Lussac. Quando for fazer o grafico deixe a escala de forma que a reta obtida possa ser extrapolada para V=0.

Dos gráficos obtidos, além da verificação das leis enunciadas acima, é possível estimarmos o valor em Célsius da temperatura do zero absoluto. Para isto devemos extrapolar o gráfico obtido para V x T no limite em que V vai a zero.