Lección Teach
Ley de Gay-Lussac: presión y temperatura con un ensayo real
El alumnado usa el laboratorio remoto de Gay-Lussac de la UNED para comprobar si la presión es aproximadamente proporcional a la temperatura absoluta a volumen fijo.
Resultados de aprendizaje
Usar una observación real del laboratorio remoto de Gay-Lussac para recoger evidencia de presión y temperatura.
Convertir temperaturas Celsius a kelvin antes de usar un cociente de ley de gases.
Calcular P/T(K) en filas seleccionadas y juzgar si es aproximadamente constante.
Crear o describir una gráfica de presión frente a temperatura(K) con datos reales.
Explicar por qué una extrapolación con datos reales estrechos no debe exagerarse.
Escribir una conclusión de afirmación-evidencia-razonamiento sobre la relación presión-temperatura.
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.
Predecir el patrón presión-temperatura
8 min
La ley de Gay-Lussac dice que, para una cantidad fija de gas a volumen fijo, la presión debería aumentar al aumentar la temperatura absoluta. En este laboratorio no vas a elegir muchos gases ni muchos volúmenes. Usarás un calentamiento real registrado y decidirás hasta qué punto la evidencia encaja con el modelo.
Ideas clave para esta actividad:
- Presión es la fuerza con la que el gas empuja las paredes del recipiente. El laboratorio la da en kilopascales (kPa).
- Temperatura se registra en grados Celsius (C), pero los cocientes de leyes de gases usan kelvin (K) porque kelvin empieza en el cero absoluto. Convierte con T(K) = T(C) + 273.15.
- Proporcionalidad directa significa que dos magnitudes aumentan juntas manteniendo un cociente casi constante. Si la presión es proporcional a la temperatura absoluta, P/T(K) debería mantenerse casi constante.
- En una gráfica presión frente a temperatura(K), la temperatura va en el eje horizontal y la presión en el eje vertical. En este ensayo, un patrón creciente casi recto apoya el modelo, aunque los datos reales pueden mostrar una pequeña deriva sistemática además de variación de medida.
El montaje real de Gay-Lussac
El video del laboratorio muestra un montaje a volumen fijo y una pantalla de presión/temperatura. El laboratorio registra la serie completa de presión-temperatura de este ensayo.
Modelo que vamos a comprobar
\frac{P}{T_K} \approx \text{constante}
\qquad
T_K = T_C + 273.15
Antes de abrir el laboratorio, predice qué le ocurrirá a la presión del gas cuando la temperatura suba desde unos 24 C hasta unos 44 C. Tu respuesta debe mencionar volumen fijo, temperatura en kelvin y una razón por la que los datos reales pueden no ser perfectamente proporcionales.
¿Por qué esta actividad usa temperatura en kelvin para el cociente de la ley de gases?
Usar con cuidado el laboratorio de una muestra
10 min
El laboratorio de Gay-Lussac muestra una serie de calentamiento para la muestra de etanol. Eso basta para un buen análisis presión-temperatura. Tu tarea es observar el ensayo, usar las filas incluidas, comprobar unidades y juzgar el modelo.
Flujo de trabajo del laboratorio
La actividad trabaja con una sola serie de presión y temperatura para etanol #1.
Abrir el laboratorio de Gay-Lussac
Abre el laboratorio de Gay-Lussac con el botón de laboratorio de esta actividad.
Si el laboratorio no se abre con el primer clic, usa el enlace para abrirlo de nuevo.
En configuración, elige la muestra disponible. El laboratorio puede mostrarla como
0.014 moles ethanol #1.Inicia la observación. Mira la pantalla de presión y temperatura durante el calentamiento.
Usa la tabla de datos de la actividad para trabajar con filas repartidas por el ensayo.
Comprueba cómo suben presión y temperatura; después usa las filas incluidas para calcular los cocientes.
¿Qué plan permite construir una tabla útil para este ensayo de Gay-Lussac?
Construir una tabla con datos de referencia
16 min
Usa al menos seis filas repartidas por el calentamiento. Las filas incluidas abajo vienen del mismo ensayo de Gay-Lussac que observas en el laboratorio, así que no cambies la muestra, la cantidad de gas ni el volumen.
Tabla de evidencia presión-temperatura
Usa las filas incluidas de este ensayo. La columna en kelvin ya está preparada para que puedas comprobar la conversión y calcular P/T(K). Mantén suficientes cifras significativas para juzgar el patrón.
| Fila de datos o nota de tiempo | Temperatura C | Temperatura K | Presión kPa | P/T(K) kPa/K | Nota de observación |
|---|---|---|---|---|---|
Revisa tu tabla. ¿Qué rango de temperaturas y de presiones cubren tus filas, y cómo has comprobado que no mezclaste Celsius y kelvin en el mismo cálculo?
Usando una fila cercana a 30,8 C y 90,0 kPa, calcula P/T(K). Muestra en la explicación la conversión de Celsius a kelvin. En el campo numérico, escribe el decimal con punto, por ejemplo 0.296.
Graficar la relación
14 min
Crea una gráfica de presión frente a temperatura(K) con tu tabla. Usa tu propia gráfica para decidir si la relación es aproximadamente lineal; no necesitas conocer el resultado antes de representarla.
Preparar la gráfica
Usa esta guía para comprobar ejes, unidades y reparto de filas antes de interpretar tus puntos.
Evidencia gráfica presión-temperatura
Adjunta una gráfica, una hoja de cálculo, un enlace o una referencia clara de texto/imagen que muestre presión en el eje vertical y temperatura en kelvin en el eje horizontal. Una referencia de texto es aceptable si identifica los puntos usados, ambos ejes, unidades y patrón. La gráfica debe usar las filas de la tabla, no datos inventados de ejemplo.
Describe la gráfica que has adjuntado o referenciado. Indica eje x, eje y, unidades, origen de datos y si los puntos parecen aproximadamente lineales.
Usa tu gráfica para decidir si la presión es aproximadamente proporcional a la temperatura absoluta en este ensayo. Menciona al menos dos evidencias: forma, sentido de la pendiente, valores P/T, R2 (si tu herramienta de gráficas lo muestra), deriva sistemática o dispersión.
Evitar dos conclusiones exageradas
10 min
En este laboratorio hay dos errores frecuentes: usar Celsius en el cociente de la ley de gases y tratar una tendencia real corta como si probara perfectamente el cero absoluto.
Aviso sobre la conversión a kelvin
P/T solo tiene sentido en la ley de gases cuando T es temperatura absoluta. Un cociente en Celsius cerca de temperatura ambiente no sustituye al kelvin.
Si usas 30,8 C en el denominador en vez de 303,95 K para calcular P/T, ¿qué le ocurre al cociente?
El ajuste con todos los datos de referencia es muy lineal entre unos 24-44 C, pero su extrapolación recta (prolongar esa recta mucho más allá de los puntos medidos) llega a presión cero aproximadamente alrededor de -210 C, no de -273 C. ¿Por qué una conclusión de secundaria no debería afirmar que este único ensayo demuestra exactamente el cero absoluto?
Escribir la conclusión científica
10 min
Usa tu tabla, el cálculo del cociente, la gráfica y la discusión de limitaciones para escribir una conclusión final.
Escribe una conclusión de afirmación-evidencia-razonamiento de 6-8 frases. Incluye: tu afirmación sobre presión y temperatura absoluta, dos evidencias numéricas, por qué hace falta kelvin y una limitación de los datos reales.
Si tuvieras que explicar este laboratorio a un estudiante más joven, ¿cómo distinguirías entre "los datos apoyan la ley de Gay-Lussac" y "los datos son perfectos"?
Extensión opcional: conectar leyes de gases
12 min
Si tu clase ya ha estudiado la ley de Boyle o la ley de Charles, compara qué se mantiene constante en cada ley.
Compara la ley de Gay-Lussac con otra ley de gases. Para cada ley, identifica variable dependiente, variable independiente y variables controladas.