Fisica 2

Física Termodinámica.
Introducción. Cuando hervimos agua en una tetera, el aumento de temperatura produce vapor que sale silbando a alta presión. Si olvidamos perforar una empanada antes de hornearla, el vapor a alta presión que se produce en su interior puede hacer que reviente. El vapor de agua del aire puede condensarse en gotitas de líquido en las paredes de un vaso con agua helada; y siacabamos de sacar el vaso del congelador, se formará escarcha en las paredes al solidificarse el vapor. Todos estos ejemplos muestran las interacciones de las propiedades de la materia a gran escala, o macroscópicas, como presión, volumen, temperatura y masa de una sustancia. Sin embargo, también podemos describir una sustancia desde una perspectiva microscópica. Esto implica investigar cantidades apequeña escala, como las masas, velocidades, energías cinéticas y cantidades de movimiento de las moléculas individuales de una sustancia. Las descripciones macroscópica y microscópica están íntimamente relacionadas. Por ejemplo, las fuerzas de choque (microscópicas) que se aplican cuando las moléculas de aire inciden en una superficie sólida (como la piel) causan la presión atmosférica(macroscópica). La presión atmosférica estándar es de 1,01x105Pa; para producir esta presión, 1032moléculas golpean la piel cada día ¡con una rapidez media de más de 1.700 km/h! Ecuación del gas ideal. Las propiedades de los gases a bajas densidades permiten definir la escala de temperaturas del gas ideal, esto es gracias a la relación de proporcionalidad directa entre la presión del gas y su temperaturaabsoluta cuando el volumen se mantiene constante. Por otra parte, si comprimimos este gas manteniendo su temperatura constante, la presión crece. Del mismo modo, si el gas se expande a temperatura constante, su presión decrece. Con una buena aproximación, el producto de la presión por el volumen de un gas de baja densidad, es constante a temperatura constante. Este resultado fue descubiertoexperimentalmente por Robert Boyle (1627-1691) y se conoce como ley de Boyle: P.V=constante. Además un resultado descubierto experimentalmente por Jacques Charles (1746-1823) y GayLussac(1778-1850), muestra que la temperatura absoluta de un gas de baja densidad es proporcional a su volumen a presión constante. Estos resultados pueden combinarse mediante la expresión: P.V=C.T en donde C es una constante deproporcionalidad, que es proporcional a la cantidad de gas.

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Prof. Eduardo H. García Fleiss

En efecto, consideremos dos recipientes idénticos que contienen cada uno la misma cantidad de cierto gas a la misma temperatura y presión. Si ponemos en comunicación ambos recipientes, nos encontraremos al final con una cantidad y un volumen doble de gas a la misma presión y temperatura.

Hemosduplicado la magnitud P.V/T, duplicando la cantidad del gas. Por lo tanto, podemos escribir C como una constante k multiplicada por el número N de moléculas del gas: C=k.N Por lo tanto la ecuación anterior se convierte en : P.V=N.k.T La constante k se denomina constante de Boltzman. Experimentalmente se demuestra que tiene el mismo valor para cualquier gas: k=1,381x10-23J/K Una cantidaddeterminada de gas suele expresarse en moles. Un mol de cualquier sustancia es la cantidad de la misma que contiene el número de Avogadro NA de átomos o moléculas, definido como el número de átomos de carbono que hay en 12 g de C12: NA=6,022x1023 Si tenemos n moles de una sustancia, el número de moléculas es: N=n.NA La ecuación queda: P.V=n.NA.k.T=n.R.T en donde R=NA.k se denomina constante universal delos gases. Su valor, que es el mismo para todos los gases,es: R=8,314 J/(mol.K) = 0,08206 atm.L/(mol.K) La ecuación de los gases ideales: P.V = n.R.T Es una ecuación de estado, porque permite conocer el estado de un gas ideal, con sólo saber dos de las tres variables de estado P, V y T. Pueda obtenerse una forma más conocida de la ecuación de los gases ideales, escribiendo la P ⋅V misma de la...