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Guía de ejercicios resueltos de gases ideales. TP02

Gases: Solución del ejercicio n° 4 de presión normal. Volumen. Ecuación de estado. Problema resuelto.

Problema n° 4 de gases ideales.

Problema n° 4) Un tubo cilíndrico de 1,5 m de largo se sumerge verticalmente en mercurio hasta que el extremo cerrado queda a 25 cm de la superficie libre del mercurio. Determinar la longitud que ocupará, dentro del tubo, el aire, si la presión exterior es de 75 cm de Hg (δ = 13,56 g/cm³).

Desarrollo

Datos:

l = 1,5 m

Δl = 25 cm = 0,25 m

p = 75 cm Hg = 101325 Pa.75 cm Hg/76 cm Hg = 99991,7763 Pa

δ = 13,56 g/cm³ = (13,56 g/cm³).(1 kg/1000 g).(1000000 cm³/m³) = 13560 kg/m³

Fórmulas:

P1.V1/T1 = P2.V2/T2

Solución

Esquema:


Esquema del barómetro

Para el caso:

P1.V1 = P2.V2

Pero el volumen es:

P1.π.r².h1 = P2.π.r².h2

Como la sección es uniforme:

P1.h1 = P2.h2

h2 = P1.h1/P2 (1)

Siendo:

h1: 1,50 m

h2: La altura buscada.

P1: es la presión inicial, la atmosférica.

P2: es la presión final, presión que el aire ejerce sobre el mercurio.

Según el esquema y el enunciado la presión en la boca del tubo es:

P = P0 + δ.g.h

Donde:

P0: es la presión atmosférica (P1).

h: es la altura del mercurio (1,25 m).

Siendo g = 9,80665 m/s²

P = 99991,7763 Pa + (13560 kg/m³).(9,80665 m/s²).1,25 m
P = 266214,494 Pa

Esta presión se encuentra equilibrada con la interna del tubo, que esta ejercida por el aire. Aplicando la ecuación (1):

h2 = P1.h1/P2
h2 = 99991,7763 Pa.1,50 m/266214,494 Pa
h2 = 0,5634 m

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