dimecres, 27 d’agost de 2014

Qüestió d'Estats (II)

(Primera part de l'experiment aquí)

L'excursió a la Pica d'Estats va començar a l'àrea metropolitana de Barcelona, no crec que a més de 20 metres sobre el nivell del mar. L'aspecte de la bossa de fruits secs i el paquet envasat al buit era el que vaig mostrar al post anterior. En aquest punt he de dir que no disposo d'aquests trastos tan bonics que són altímetre-baròmetre-termòmetre i que fins i tot (fins i tot!) et diuen l'hora. Per tant tot seran aproximacions i observacions dels canvis a ull nu. Ciència primigènia.

Comencem, doncs. Després d'un llarg camí en cotxe vam arribar al refugi de Vallferrera (1940 metres d'alçada) per fer nit i sortir ben d'hora ben d'hora l'endemà. Amb un desnivell acumulat d'uns 1920 metres aproximadament, l'aspecte del nostre objecte experimental era aquest.


Comencem a veure canvis? Potser és una mica aviat encara, quan demà arribem al cim els tornarem a mirar.

- - - - - - - - - - - -

El dia comença a clarejar, ens calcem les botes i comencem a caminar. El trajecte és llarg, l'ascensió no és uniforme sinó que hi ha trams amb poc desnivell i trams on hem de grimpar, fins que finalment assolim el cim. I un cop allà, a part de celebrar l'ascensió al meu primer 3000, ens fixem en què els ha passat als nostres objectes.


La bossa de fruits secs, efectivament, s'ha inflat. La quantitat d'aire de dins la bossa segueix essent la mateixa, però la diferència de pressió entre l'exterior i l'interior ha variat. La bossa és uns sistema tancat, de manera que a dins la pressió és la mateixa que la de l'indret on va ser empaquetada, mentre que la de fora ha anat baixant conforme hem anat pujant en alçada. I què vol dir que hagi "baixat" la pressió? La pressió no és més que una força exercida sobre una unitat de superfície, per tant el que tenim és que la força que exerceix el gas de fora contra la bossa és inferior a la força que exerceix l'aire de dins contra les parets de la mateixa bossa. Més o menys, vull dir això:


Si intentem entendre els canvis de volum observats seguint la llei dels gasos ( i recordant que ni n ni R varien):

V=(n·R·T)/P

Veiem que el canvi de volum es veu influenciat tant per la temperatura com per la pressió, però de manera antagònica. La disminució de temperatura a mesura que pugem beneficiaria una disminució del volum del gas i per tant, de la bossa, mentre que la disminució de la pressió afavoreix que incrementi el volum que ocupa el gas. L'ordre de magnitud de canvi, però, és molt diferent. Com a molt el canvi de temperatura haurà estat d'uns 20 graus (d'uns 300 K a 280 K), mentre que en termes de pressió atmosfèrica hem passat d'uns 101000 Pa a uns 70000 Pa aproximadament. Per tant, la influència de la temperatura en aquest cas és menyspreable respecte el canvi de pressió al qual ens hem exposat, i l'aire s'expandeix clarament a l'interior de la bossa. Si ens mirem les imatges simultàniament, ho percebem molt millor.


I a la bossa envasada al buit, què li ha passat?


Si ho intento puc pinçar el plàstic i separar-lo del seu contingut, sembla ser que s'ha inflat una mica, i això que era el nostre control negatiu... I és que malgrat que intentem fer el buit, mai arribarem a extreure absolutament tot l'aire contingut dins del recipient, sempre en quedarà una mica. A més, hem de tenir en compte que també hi ha aire dins del menjar, i aquest menjar no veiem que tingui una aparença comprimida, sinó que conserva la seva forma original. En pujar en alçada, de nou aquest aire residual s'expandeix a causa de la diferència de pressió i fa que la bossa s'infli lleugerament. El concepte de buit absolut és molt discutit, però amb l'experiment no volem anar tant enllà. Senzillament volia deixar entreveure que quan diem que fem el buit als aliments estem utilitzant termes científics amb un rigor i significat una mica diferents dels que tenien originalment en el camp de la ciència quan es van crear. 

Per a la baixada, em reservo una nova variant de l'experiment, però a la inversa. Agafo una ampolla d'aigua de plàstic de la qual m'he begut tot el seu contingut i a dalt la Pica d'Estats, a 3000 metres d'alçada, la tanco tan fort com puc. Com estarà l'ampolla quan arribi a casa? Que li passarà a l'aire del seu interior, si comencem a baixar en alçada i la pressió atmosfèrica del voltant comença a augmentar? Doncs això.


L'aire de dins l'ampolla en aquest cas està a una pressió molt inferior ja que prové del cim de la Pica, mentre que en arribar a casa torno a estar gairebé a nivell de mar. Per tant, des de fora l'aire exerceix una pressió cap a l'ampolla molt superior a la força que fa l'aire de dins i per tant, l'ampolla es comprimeix.

I fins aquí una barreja de natura i ciència! Una demostració senzilla de com podem experimentar amb instruments força senzills i una petita fórmula com funcionen les diferents forces que actuen sobre tots nosaltres. 

6 comentaris :

Alasanid 27 d’agost de 2014 a les 17:25  

No hi ha millor lloc al país per experimentar amb els estats termodinàmics (reflexió que no he fet fins avui). Molt bé, molt bé!!

Crec que és un resultat molt bo el que extreus de l'experiment. Llàstima no aprofitar les dades experimentals que tens per extreure l'alçada de la Pica. Aggg!! Hauré de pujar per mesurar les diferències de volums.

PS: Sens dubte que no em deixa escriure't un missatge. Diria que aquest és ja el 3r intent.

PPS: L'únic comentari.. Està molt bé que descartis els efectes de la temperatura (a mi se m'havien passat per alt). Jo el que diria és que no només són uns 20 graus de diferència si no que aquests 20 graus ho són en una magnitud que és de 300 graus.

Laia 27 d’agost de 2014 a les 21:53  

Alasanid, he de dir que a casa vaig estar temptada de mirar el volum de la bossa a l'estil d'Arquímedes, però vaig comprendre que al cim de la Pica no podia fer quelcom igual... Així que em vaig conformar amb mirar com s'inflava la bossa i punt.

I pel que fa això dels 20 graus, sí que és cert que cal tenir en compte que l'escala que es fa servir és la dels graus kelvin, i que per tant a 20 ºC de temperatura estem en realitat a 293 K. Però la diferència es pot considerar que és la mateixa, -20, oi? De tota manera, ara especifico les unitats, gràcies!

XeXu 27 d’agost de 2014 a les 22:20  

Et felicito molt i molt per l'experiment! Pel cim ja t'he felicitat al Cau. La física i jo no hem estat mai amics, i tot i que ja havia detectat el prodigiós canvi del les bosses de fruits secs (imprescindibles per les excursions, si no els altres excursionistes et miren malament), no m'hagués plantejat fer experiments com fas tu, no desaprofites les ocasions. No estaràs cada dia a 3000m d'alçada, efectivament, així que un cop que hi vas val la pena aprofitar. M'agraden especialment les figures, encara que els càlculs no siguin massa exactes, visualment i amb les teves explicacions s'entén perfectament què ha passat, tant a la pujada com a la baixada.

Ostres, seria molt xulo si aprofites el Metablòlic per tornar-nos a explicar experiments que facis com feies temps enrere al Cau!

Jansy 27 d’agost de 2014 a les 22:22  

Genial, molt ben explicat i bons experiments!

Alasanid 27 d’agost de 2014 a les 22:49  

Ualaaa!! A més a més volies fer d'Aquímedes a la Pica hahahaha genial :D

PS: Potser amb l'ampolla arrugada es podria haver fet.
PPS. :)

Laia 2 de setembre de 2014 a les 21:55  

XeXu, moltes gràcies! Els fruits secs són imprescindibles, molt energètics, però em pensava que els excursionistes de debò et miraven malament si no duies el fuet sota el braç! Sóc friki de la ciència i vaig tenir un moment d'il·luminació, això és tot. I a mi també m'agradaria fer experiments un altre cop, però no sabria el què... Ja aniran sortint!


Jansy, moltes gràcies! me n'alegro que t'hagi agradat!


Alasanid, massa complicat, però a casa ho hagués pogut fer... I amb l'ampolla també, però ja és a les escombraries! L'únic a tenir en compte és que no es podria obrir, suposo... Llavors s'hauria de fer l'Arquímedes amb l'ampolla tancada i assumir que el seu volum intern equival al volum que contenia... I restar? No ho sé, és el que se m'acut. Es menysprea el gruix del plàstic, etc etc, però com a aproximació potser valdria.

Publica un comentari a l'entrada

  © Blogger templates 'Neuronic' by Ourblogtemplates.com 2008

Back to TOP