Paso 5: flotabilidad:
• Flotabilidad es la fuerza que actúa sobre todos los cuerpos empapados en fluidos (líquidos y gases) que se encuentran en la fuerza potencial del campo (campo gravitacional, sistema acelerado), y está sucediendo debido a la diferencia que se hace debido a la presión hidrostática que actúa sobre la parte superior e inferior.
Como en nuestro caso tenemos la densidad del aire fuera del globo y la densidad del gas en el globo, que necesitamos en nuestro cálculo:
F_u = ∆ρ∙g∙V
donde: ∆ρ = ρ_z - ρ_b = > es la densidad de la diferencia de gas dentro y fuera del globo
La ecuación general de estado del gas:
p∙V = n∙R∙T p∙M_r = m/V∙R∙T p∙Mr = ρ∙R∙T
p∙V = ∙R∙T m/M_r
Las ecuaciones nos permite calcular la densidad del gas, lo que sigue:
Ρ=(p∙M_r)/(R∙T)
La masa molar del aire:
• El aire es una mezcla de gases diferentes de los cuales el más común es el nitrógeno (78%), oxígeno (21%) y argón (1%). Por esta razón su masa molar es:
M_r (aire) = 0.78∙M_r (N_2) + 0.21∙M_r (O_2) + 0.01∙M_r (Ar) M_r (air)=0.78(2∙14)+0,21∙(2∙16)+0,01∙(40) M_r (aire) = 29g/mol
En el texto hemos utilizado los siguientes valores físicos y constantes:
F1-force de up_ ___ g constante gravitacional F2 - fuerza de down___ρ-densidad F3, F4-lado las fuerzas de sustentación ___Fu p-presión ___p_a - presión atmosférica F - fuerza a ___n-número de moles A, constante de gas de superficie S area___R general p_hs - pressure___ hidrostática M_r-la masa molar del gas m - peso-_ ___ T - temperatura en grados Kelvin V-volume___p_b-densidad del aire dentro del globo
∆p- diferencia de presión dentro y fuera del globo
p_z- densidad del aire fuera del globo
Combustible:
• Como combustible he usado velas de parafina. Constan de un combustible sólido y el tipo de fusible generalmente hecha de tela de algodón que están rodeados de parafina que se derrite a baja temperatura (típicamente alrededor de 60 ° C).
• Acción capilar de la cera de la mecha se transfiere a una llama donde se vaporiza y se quema en presencia de oxígeno. La vela se extingue cuando el contenido de oxígeno en el aire cae por debajo de cerca de 16%.
Elegir un combustible:
• Estaría bien si como una fuente de calor era capaz de hidrógeno antorcha de oxígeno, porque quema hidrógeno produce solamente vapor de agua (sin dióxido de carbono), que es una buena opción para levantar el globo debido a su bajo peso molecular (M_r (H20) = 18 g/mol). Hidrógeno, sin embargo, no podía utilizarse por razones de seguridad.
• Cuando se quema vela (parafina) libera una cierta proporción de CO2 y H2O. Como hay más vapor de agua en la mezcla de aire en el globo más ligero. El CO2 no es deseable en un globo porque hace que el aire más masivo, ya que es el peso molar mayor que el aire (M_r (CO2) = 44g/mol).
• Una mezcla de hidrocarburos de parafina con longitud de cadena de 20 átomos de carbono. Estas moléculas tienen átomos de aproximadamente 2H en un solo átomo de C y por la combustión dan aproximadamente la misma cantidad de moléculas de CO2 y H20. Más tarde, en algunas de las medidas, como un calor fuente es soplante de aire caliente utilizado. Así obtener la seguridad, rapidez y sencillez en la realización de las mediciones.
Cálculo de la masa molar del gas en el globo cuando se utiliza la vela:
Aire frío del exterior llega al punto de quemar y hay oxígeno se combina con hidrógeno y carbono de parafina. Nitrógeno entra en el globo sin cambios.
100 moléculas de aire (aproximadamente 79% N2 y 21% O2) que entraron en el globo crearon 107 moléculas (79 moléculas de N2, 14 y 14 moléculas de moléculas de CO2 H20) y de la obtenemos la ecuación:
M_r (balón) = 1/1.07(0.79∙M_r (N_2) + 0.14∙M_r (CO_2) + 0.14∙M_r (H_2 O)
M_r (mezcla en el balón) = 28, 8g/mol
El experimento:
Materiales:
El material para que el balón opté por ser ligero, bastante apretada y fácilmente asequible. Tomé un volumen de bolsas de plástico de 35 litros. Marco estructura y portador de velas están hechas de planchas de balsa (madera de muy baja densidad). Como combustible usé diferentes compuestos y mezclas (líquidos y sólidos), pero al final decidí usar una velas de cumpleaños pequeño ordinario porque eran los más fáciles de manejar.
Características de las velas:
La masa de la vela: 1 gramo
Altura de la vela: 5,4 cm
Velocidad de combustión: 0,0010 g / s
Valor de la parafina del calor: 46 MJ / kg
Una vela de potencia de calefacción: 46 W
