Movimiento Browniano
Todos los cuerpos están formados de moléculas desde hace casi 110 años (1905) Albert Einstein explicó el movimiento browniano. Consiste en esparcir polen sobre la superficie de agua caliente y observar como éste se mueve azarosamente como si fuera golpeado por pequeños cuerpos. El movimiento de las partículas del polen se debe a que las moléculas del agua las golpean dependiendo de la temperatura a la que estén.Si la temperatura es muy alta, las moléculas del agua se mueven muy rápido y golpean fuertemente al polen. De lo contrario si la temperatura es baja, las moléculas del agua se mueven lentamente y el polen es golpeado débilmente.
De lo anterior concluimos. Si las moléculas de un cuerpo se mueven rápidamente el cuerpo tendrá mucha temperatura; si las moléculas se mueven lentmente el cuerpo tendrá baja temperatura.
Escalas de temperatura
Si se lograra que las moléculas de un cuerpo estuvieran en reposo alcanzaríamos la temperatura de 0 Kelvin, a esta temperatura se le llama reposo absoluto. Bajo ninguna circunstancia se puede alcanzar esta temperatura, porque siempre existirá aunque sea un leve movimiento de las moléculas de los cuerpos. 0 ° Centigrados indica la temperatura a la que el agua en condiciones normales se congela. Esta es una referencia arbitraria para una escala de temperatura. A 100 ° C en condiciones normales, el agua se evapora. Si hacemos una superposición de la escala centigrada con la escala kelvin, notaremos que 0°C = 273 K ó 0 K = -273 °C. La escala Kelvin y la escala Celsius crecen en la misma proporción, es decir 100°C = 373 K.
Nota: No existen valores negativos para la escala Kelvin. Todos los problemas que resolveremos ocuparemos 300 K como temperatura ambiente.
Gases Ideales
La ley de los gases ideales relaciona las 3 variables termodinámica más conocidas:
V -> Volumen T -> Temperatura P -> Presión
Un gas ideal es aquel donde se cumple la siguiente relación:
P * V / T = constante
De tal manera que si antes de hacer un experimento las variables termodinámica valen P1, T1 y V1, y después del experimento valen P2,T2 y V2, debe cumplirse que:
P1 * V1 / T1 = P2* V2 / T2
La ecuación anterior se conoce como ley general de los gases ideales.
a) En que porcentaje aumenta el volumen de un gas ideal si la temperatura disminuye a la mitad y la presión aumenta 5 veces.
T2 = 1/2 T1
P2 = 5 P1
P1 * V1 / T1 = P2* V2 / T2 -> P1 * V1 / T1 = 5*P1* V2 / 0.5T1 ->
V1 = 5*V2 / 0.5 -> V1 = 10*V2 -> V2 = (1/10)*V1 (Disminuye un 90%)
b) La temperatura de un gas ideal aumenta 760% y su volumen disminuye 33%. ¿Cómo cambia la presión?
760% -> T2 = 8.6 T1
33% -> V2 = 0.67 V1
P1 * V1 / T1 = P2* V2 / T2 -> P1 * V1 / T1 = P2*0.67*V1 / 8.6T1 ->
P1 = 0.67*P2 / 8.6 -> P1 = 0.077*P2 -> P2 = 12.83*P1 (Aumenta 12.83 veces)
Un gas ideal es aquel que tiene sus moléculas más separadas que cualquier gas en condiciones normales. Por lo tanto la densidad de los gases ideales es muy baja.
c) La presión inicial de un gas ideal son 0.4 Pa, la presión final 2.3 Pa, el volumen inicial 0.64 m3, el volumen final 1.32 m3 y la temperatura inicial de 300 K . ¿Con qué temperatura queda?
P1 * V1 / T1 = P2* V2 / T2 -> 0.4 * 0.64 / 300 = 2.3*1.32 / T2 ->
T2 = 2.3*1.32*300/(0.4*0.64) = 3557.81 K
Todos los cuerpos están formados de moléculas desde hace casi 110 años (1905) Albert Einstein explicó el movimiento browniano. Consiste en esparcir polen sobre la superficie de agua caliente y observar como éste se mueve azarosamente como si fuera golpeado por pequeños cuerpos. El movimiento de las partículas del polen se debe a que las moléculas del agua las golpean dependiendo de la temperatura a la que estén.Si la temperatura es muy alta, las moléculas del agua se mueven muy rápido y golpean fuertemente al polen. De lo contrario si la temperatura es baja, las moléculas del agua se mueven lentamente y el polen es golpeado débilmente.
De lo anterior concluimos. Si las moléculas de un cuerpo se mueven rápidamente el cuerpo tendrá mucha temperatura; si las moléculas se mueven lentmente el cuerpo tendrá baja temperatura.
Escalas de temperatura
Si se lograra que las moléculas de un cuerpo estuvieran en reposo alcanzaríamos la temperatura de 0 Kelvin, a esta temperatura se le llama reposo absoluto. Bajo ninguna circunstancia se puede alcanzar esta temperatura, porque siempre existirá aunque sea un leve movimiento de las moléculas de los cuerpos. 0 ° Centigrados indica la temperatura a la que el agua en condiciones normales se congela. Esta es una referencia arbitraria para una escala de temperatura. A 100 ° C en condiciones normales, el agua se evapora. Si hacemos una superposición de la escala centigrada con la escala kelvin, notaremos que 0°C = 273 K ó 0 K = -273 °C. La escala Kelvin y la escala Celsius crecen en la misma proporción, es decir 100°C = 373 K.
Nota: No existen valores negativos para la escala Kelvin. Todos los problemas que resolveremos ocuparemos 300 K como temperatura ambiente.
Gases Ideales
La ley de los gases ideales relaciona las 3 variables termodinámica más conocidas:
V -> Volumen T -> Temperatura P -> Presión
Un gas ideal es aquel donde se cumple la siguiente relación:
P * V / T = constante
De tal manera que si antes de hacer un experimento las variables termodinámica valen P1, T1 y V1, y después del experimento valen P2,T2 y V2, debe cumplirse que:
P1 * V1 / T1 = P2* V2 / T2
La ecuación anterior se conoce como ley general de los gases ideales.
a) En que porcentaje aumenta el volumen de un gas ideal si la temperatura disminuye a la mitad y la presión aumenta 5 veces.
T2 = 1/2 T1
P2 = 5 P1
P1 * V1 / T1 = P2* V2 / T2 -> P1 * V1 / T1 = 5*P1* V2 / 0.5T1 ->
V1 = 5*V2 / 0.5 -> V1 = 10*V2 -> V2 = (1/10)*V1 (Disminuye un 90%)
b) La temperatura de un gas ideal aumenta 760% y su volumen disminuye 33%. ¿Cómo cambia la presión?
760% -> T2 = 8.6 T1
33% -> V2 = 0.67 V1
P1 * V1 / T1 = P2* V2 / T2 -> P1 * V1 / T1 = P2*0.67*V1 / 8.6T1 ->
P1 = 0.67*P2 / 8.6 -> P1 = 0.077*P2 -> P2 = 12.83*P1 (Aumenta 12.83 veces)
Un gas ideal es aquel que tiene sus moléculas más separadas que cualquier gas en condiciones normales. Por lo tanto la densidad de los gases ideales es muy baja.
c) La presión inicial de un gas ideal son 0.4 Pa, la presión final 2.3 Pa, el volumen inicial 0.64 m3, el volumen final 1.32 m3 y la temperatura inicial de 300 K . ¿Con qué temperatura queda?
P1 * V1 / T1 = P2* V2 / T2 -> 0.4 * 0.64 / 300 = 2.3*1.32 / T2 ->
T2 = 2.3*1.32*300/(0.4*0.64) = 3557.81 K
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