09 octubre 2011

Ley de Robert Boyle (1662): Proceso isotermico

Robert Boyle fue uno de los primeros científicos experimentales. Además de descubrir la ley de los gases inventó la bomba de vacío y mostro que el aire es necesario para la combustión, respiración y transmisión del sonido. En su famosa obra: El químico escéptico, propuso que la materia esta compuesta de diversas partículas, que se pueden agrupar entre sí, formando sustancias químicas. Por lo tanto atacaba frontalmente a la teoria de los cuatro elementos (agua, tierra, aire y fuego) de Aristóteles.

Abate Mariotte, físico francés, en 1967 formuló con mayor precisión la ley de Boyle como resultado de sus experimentos de comprensibilidad de gases; por lo que se conoce también como la Ley de Boyle – Mariotte. Esta ley podemos plantearla de la siguiente manera:

Para una misma masa gaseosa ( n = cte), si la temperatura permanece constante (proceso isotérmico), la presion absoluta varia en forma inversamente proporcional a su volumen.

ley de robert boyle

En la gráfica se puede deducir, según la ley de Robert Boyle:

P1  V1 = P2  V2

Según la teoría cinética molecular , al no variar la temperatura, la energía cinética (velocidad) de las moléculas no varia, pero al disminuir el volumen, la distancia recorrida para colisionar contra la pared del recipiente disminuye, por lo tanto aumenta la frecuencia de choques moleculares por unidad de área, aumentando así la presión. Por lo tanto el volumen varia inversamente proporcional a la temperatura.

proceso isotermico

Introduciendo una constante de proporcionalidad (KT , constante de Boyle) tenemos:

PV = Kt

Ejemplo:

Se desea comprimir 10 litros de oxígeno O2 a temperatura ambiental, que se encuentra a 90 kPa, hasta un volumen de 500 mL. ¿Qué presión en atmósfera hay que aplicar?

Solución:

Estado inicial (1)

  • V1 = 10 L
  • P1 = 90 kPa
  • T = cte

Estado inicial (2)

  • V2 = 500 mL = 0.5 L
  • P2 = X
  • T = cte

Aplicando : P1V1 = P2V2

90 kPa (10 L)  = P2 (0.5L)

P2 = 900 / 0.5 kPa

P2 = 1800 kPa

Convirtiendo esta presión a atmósferas (se divide entre 101.3):

P2 = 1800 x ( 1 / 101.3) atm

P2 = 17.77 atm

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