Lección Teach
Presión y volumen de un gas: poco espacio, mucha presión
Experimenta con un modelo de gas ideal para dimensionar una cámara sellada y aplica la relación a un caso nuevo. Trabaja la ley de Boyle. Solo en el navegador: sin laboratorio ni materiales de aula.
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Resultados de aprendizaje
Usar un modelo de gas ideal para predecir cómo cambia la presión al cambiar el volumen a temperatura fija.
Apoyar una relación entre presión y volumen con lecturas elegidas del modelo.
Elegir y justificar un diseño que cumpla varias condiciones numéricas.
Aplicar la relación a un punto de partida nuevo y decir qué no puede establecer un modelo sobre los gases reales.
Vista previa de la actividad del estudiante
Contenido de la actividad
Solo vista previa. En una sesión de clase, los estudiantes pueden completar respuestas y entregar su trabajo al docente.
La misión
Versión en texto de la investigación
Un dron de investigación debe traer una muestra de aire sellada, pero la cámara es demasiado grande para su compartimento. Encuentra el menor volumen entero, en mililitros, que cumpla las reglas de presión de la misión.
Todas las cifras de esta lección proceden de un modelo de gas ideal. Aquí no se mide nada con equipo real. Puedes experimentar con el modelo y usarlo para tomar una decisión, pero sus valores no pueden demostrar que los gases reales cumplan la regla con la que está construido.
Esta versión tiene las mismas preguntas que la interactiva y funciona sin gráficos. Responde cada pregunta antes de seguir leyendo: en esta página nada te impide leer por adelantado, y tu docente puede ver que has usado esta versión.
1. Predice antes de observar
3 min
La cámara sellada empieza con 60 mL y 100 kPa de presión absoluta. Una funda térmica mantiene el gas a 293 K (unos 20 °C).
Primera predicción
A 30 mL, ¿qué presión predices? ¿Por qué? Explica qué podría cambiar al reducir el volumen a la mitad.
Montaje de comparación
¿Qué montaje aísla el efecto del volumen?
Comprueba el montaje
Mantén el cierre y la temperatura. Abrir la válvula cambia la cantidad de gas; calentar cambia la temperatura. En ambos casos no podrías aislar el efecto del volumen.
2. Pon tu idea a prueba
4 min
Valores del modelo ideal, calculados y no medidos
Elige al menos cuatro lecturas, incluidas 60 mL y 30 mL, que te den dos saltos iguales de volumen. Cópialas en la tabla.
- 60 mL → 100,0 kPa
- 55 mL → 109,1 kPa
- 50 mL → 120,0 kPa
- 45 mL → 133,3 kPa
- 40 mL → 150,0 kPa
- 35 mL → 171,4 kPa
- 30 mL → 200,0 kPa
Son valores con el gas ya estabilizado, con una cantidad fija de gas a 293 K. En una compresión real rápida el gas puede calentarse un momento; este modelo no lo muestra.
Tus lecturas del modelo (modelo ideal, no medidas)
Anota las lecturas que hayas elegido, una por fila. Deja vacías las demás filas.
| Volumen mL | Presión del modelo kPa |
|---|---|
Dos saltos iguales
Si el volumen baja en dos saltos iguales, ¿cuánto sube la presión en cada uno? ¿Qué dice eso de tu predicción?
3. Del patrón a la predicción
4 min
Relación propuesta
¿Qué magnitud crees que se mantiene constante?
Tu apoyo
Apoya tu relación con dos observaciones registradas.
Predicción a 24 mL
Usa tu relación: ¿qué presión predices a 24 mL, fuera del intervalo que has probado?
Explicación con partículas
¿Por qué sube la presión a la misma temperatura?
Comprueba tu razonamiento
A 24 mL el modelo da 250 kPa: P × V se mantiene en 6000 kPa·mL para la misma cantidad de gas y temperatura. P + V cambia (100 + 60 = 160, 200 + 30 = 230), y P ÷ V también.
Las partículas golpean más a menudo cada zona de la pared. No se encogen y, a temperatura fija, mantienen su velocidad media.
Aquí la presión es absoluta: se mide desde el vacío, no desde el aire que nos rodea.
4. ¿Hasta dónde puedes comprimir?
4 min
Elige el menor volumen entero que cumpla las tres reglas. Estos límites pertenecen a este reto de diseño ficticio.
- El compartimento admite como máximo 40 mL.
- El límite de presión absoluta es 180 kPa.
- Deja al menos 10 kPa de margen por debajo de ese límite.
Calcula P = 6000 ÷ V y después el margen = 180 − P. Conserva cada intento en tus notas.
Tu volumen
¿Cuál es el menor volumen entero que cumple las tres reglas?
Por qué falla un volumen menor
¿Por qué fallaría un volumen entero menor? Usa las cifras de este reto.
Comprueba tu diseño
36 mL dan 166,7 kPa y 13,3 kPa de margen. 35 mL dan 171,4 kPa y solo 8,6 kPa de margen. Son reglas didácticas, no una certificación de seguridad de un equipo.
5. Qué puede y qué no puede decirte este modelo
2 min
Has usado una relación inversa para tomar una decisión. El modelo se construyó con P × V constante, así que experimentar con él no podía poner a prueba esa regla frente a un gas real. Una jeringa real sí podría. Tu docente puede asignarte la lección Boyle de LabsLand, donde trabajas con medidas grabadas de un equipo real.
Reflexión
¿Qué observación te haría dudar de este modelo? (Opcional)
Una última pregunta
3 min
Esta pregunta trata de una jeringa real, no del modelo. No tiene pistas ni corrección automática. Tu docente leerá tu razonamiento.
Una jeringa real empieza en 86 kPa con 60 mL de aire sellado, a temperatura fija.
Lectura esperada a 30 mL
¿Qué lectura esperas a 30 mL?
Lectura esperada a 45 mL
¿Qué lectura esperas a 45 mL?
Tu razonamiento
Explica cómo has obtenido estas lecturas.
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