Contraste experimental de las hipótesis




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títuloContraste experimental de las hipótesis
fecha de publicación22.08.2016
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tipoTesis
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Departamento de Física y Química
Trabajos prácticos 4º ESO: Gases ideales


Este trabajo de laboratorio es una pequeña investigación (cuantitativa) sobre los factores que pueden influir en el volumen ocupado por un gas. Se pretende poner a los alumnos ante una pregunta cuya respuesta requiera simular un trabajo experimental (guiado por el profesor) que siga las pautas de una investigación de carácter científico.

Planteamiento del problema
Se considera “gas ideal” aquel cuyas partículas son prácticamente puntuales respecto al volumen disponible. En condiciones no muy alejadas de las ambientales los gases cumplen esta condición y, en tal caso, el volumen ocupado por un gas depende de factores macroscópicos externos y no de propiedades intrínsecas del gas.

La pregunta que se plantea a los alumnos es: ¿Qué factores influyen en el volumen ocupado por un gas? O, en otros términos, ¿qué se puede hacer para conseguir que el volumen ocupado por un gas varíe?
La pregunta debe concretarse refiriéndola a un recipiente cerrado por un émbolo móvil como los que se presentan en los applets que se podrán usar para simular la experiencia:
http://www.phy.ntnu.edu.tw/oldjava/idealGas/idealGas_s.htm
http://web.educastur.princast.es/ies/rosarioa/web/departamentos/fisica/teorias_quimica/GasesIdeales2.htm
Al plantear la pregunta debe sugerirse a los alumnos que piensen en el modelo de gas de la Teoría Cinética de la materia. Si parece oportuno, pueden recordarse los principios de la teoría.

Formulación de hipótesis
Las posibles respuestas a la pregunta tienen carácter de hipótesis. Se espera que los alumnos, trabajando en grupos, hagan una lista de factores que creen pueden influir en el volumen ocupado por el gas y que, para cada factor, escriban una relación cualitativa entre la variación del factor y la correspondiente variación del volumen ocupado por el gas.
Los alumnos suelen proponer que la presión y la temperatura influirán en el volumen ocupado por el gas. Aunque es el factor más evidente, suelen pasar por alto que la cantidad de gas (el número de partículas en el recipiente) también es relevante.
Tras la discusión de la influencia de cada uno de los factores a nivel cualitativo, se pedirá a los alumnos que se atrevan con predicciones de tipo cuantitativo, esperando que manejen ideas de proporcionalidad.


Contraste experimental de las hipótesis
Para decidir si las hipótesis son correctas o incorrectas los alumnos deben diseñar experiencias adecuadas. Es decir, deben describir con detalle, mediante texto y dibujos, qué piensan hacer para ver si las hipótesis formuladas se ajustan a la realidad o no. En este momento comenzarán a manejar el applet para familiarizarse con él y contrastar las predicciones a nivel cualitativo. Luego deben diseñar experiencias (escribir qué van a hacer con el applet) para contrastar las hipótesis a nivel cuantitativo.
La dificultad mayor del diseño es la necesidad de separar variables. Se necesitan tres experiencias:


  1. Una en la que se midan volúmenes para distintas presiones, manteniendo siempre la misma temperatura y la misma cantidad de gas.

  2. Otra en la que se midan volúmenes para distintas temperaturas, manteniendo siempre la misma presión y la misma cantidad de gas.

  3. Otra en la que se midan volúmenes para distintas cantidades de gas, manteniendo siempre la misma presión y la misma temperatura.


Como las medidas con los applets son fáciles, deben medirse diez volúmenes para cada experiencia. Para medir los volúmenes correctamente hay que esperar a que el volumen se estabilice alrededor de un valor, esperando el tiempo suficiente.

Análisis de resultados y conclusiones

Deben ordenarse los volúmenes medidos en tres tablas (una por variable), lo que facilita la inmediata obtención de conclusiones al estudiar la constancia de los cocientes entre magnitudes directamente proporcionales (V y T, V y N) y de los productos de magnitudes inversamente proporcionales (V y P).
Además, deben construirse tres graficas de los valores del volumen en función de cada una de las variables, debiendo obtenerse colecciones de puntos cercanos a rectas para V=f(T) y V=f(N), y una colección de puntos cercanos a hipérbola equilátera para V=f(P) .

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