fisica

Física II: Termodinámica, ondas y fluidos

Índice
2 – PROPIEDADES TÉRMICAS DE LA MATERIA ..................................................................................... 2
2.1 INTRODUCCIÓN ............................................................................................................................................... 2
2.2 ECUACIONES DE ESTADO................................................................................................................................ 2
2.3 PROPIEDADES MOLECULARES DE LA MATERIA........................................................................................... 7
2.4 MODELO CINÉTICO -MOLECULAR DE UN GASIDEAL ................................................................................ 10
2.5 CAPACIDADES CALORÍFICASMOLARES..................................................................................................... 16
2.6 VELOCIDADES MOLECULARES .................................................................................................................... 20
2.7 FASES DE LAMATERIA.................................................................................................................................. 23
EJEMPLOS DE PROBLEMAS RESUELTOS .............................................................................................. 27
PROBLEMAS ........................................................................................................................................................ 31

1

2 – Propiedades térmicas de la materia
2.1 Introducción
Descripciónmacroscópica y microscópica están íntimamente relacionadas
Ej. La fuerza de choque (microscópicas) que ocurren cuando las moléculas del aire
inciden en una superficie sólida, como la piel, causa la presión atmosférica
(macroscópica)
•

Presión estándar 1.01 × 10 5 Pa ⇒ 10 32 moléculas golpean nuestra piel cada día con
rapidez media de más de 1700 km/h

2.2 Ecuaciones de estado
Las condicionesen que existe material específico se describen en cantidades físicas
Ej. Presión p , volumen V , temperatura T y cantidad de sustancia m o n
Estas variables describen el estado del material ⇒ son variables de estado
•

Todas están en relación entre si ⇒ no se puede cambiar una sin afectar las otras

La ecuación de estado describe la relación entre estas variables – en particular entre
p ,V , T y m (o n )
•

Su forma puede ser simple (gases ideales) o complicada (gráficos y tablas)

Ej. para un sólido
•

β es el coeficiente térmico de expansión de volumen ⇒cambio fraccionario

∆ V V0 por unidad de cambio de temperatura
•

k es la compresibilidad = el negativo del cambio fraccionario del volumen por
unidad de cambio de presión

•

Si cierta cantidad de materialtiene un volumen V0 cuando la presión es p0 y la
temperatura T0 , el volumen a la presión p y temperatura T será

(2.1)

V = V0 1 + β (T − T0 ) − k ( p − p0 ) 

Si aumenta la presión se producirá una contracción del volumen

2

Ecuación de estado de los gases ideales
Es más fácil describir cantidad de gas en forma de moles n
Masa molecular M es la masa de un mol y la masa total mtotmtot = nM

(2.2)

Para la masa de una molécula se usará m

La experiencia revela el comportamiento de varios gases:
•

V ∝n

•

V∝

•

p ∝ T o p = T × constante

1
⇒ pV = constante
p

Pongamos todo junto para obtener la ecuación de estado de un gas ideal:
pV = nRT

(2.3)
Donde R es la constante de gas ideal
•

Las condiciones física donde se observa tal ecuaciónson presión baja + alta
temperatura
⇒ del punto de vista microscópica, las moléculas del gas son muy separadas en
movimiento rápido

•

La ecuación también funciona bien a presión moderada (unas pocas atmósferas) y
temperatura muy por encima del punto de licuefacción

R es similar para todos los gases – en unidad SI:
R = 8.3145

J
mol ⋅ K

En cálculos químicos se usa litros por...