Fisica
Páginas: 74 (18372 palabras)
Publicado: 8 de agosto de 2012
CAPÍTULO 11 CALOR Y PRIMER PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA
11.1
Algunos conceptos de la teoría cinética de los gases.
h
Muchos de los conceptos que trataremos en este capítulo se entienden mucho mejor si tenemos en mente algunas de las explicaciones microscópicas contenidas en la denominada teoría cinética de los gases. Como no pretendemos ahondar en ella, se citan a continuación susideas centrales, para el caso de los gases ideales. 1. Un gas contiene un número muy 3. El comportamiento de las moléculas obedece a las leyes de Newton. 4. Las colisiones que ocurren entre las moléculas y entre las moléculas y las paredes del recipiente son perfectamente elásticas. 5. Las fuerzas de interacción entre las moléculas son despreciables, exceptuando en las colisiones.
Fig. 11.2.
dEl diámetro (d) de una molécula es muy pequeño en comparación con la separación (h) entre ellas.
elevado de moléculas, que se mueven al azar. Esto hace indispensable estudiar su comportamiento con la estadística y las probabilidades.
Fig. 11.1.
Un gas contiene muchas moléculas con movimiento aleatorio.
11.1.1 Presión en la teoría cinética molecular: En esta teoría, la presión de un gasen un
2. La separación promedio entre las moléculas es extraordinariamente grande comparada con sus dimensiones. Esto significa que las moléculas ocupan un volumen despreciable del recipiente que las contiene.
recipiente es debida a la fuerza promedio que las partículas efectúan al chocar contra las paredes del recipiente por unidad de área.
16/04/2008 Jorge Lay Gajardo jlay@usach.cl374
UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE - DEPARTAMENTO DE FISICA - http://fisicageneral.usach.cl
− v 0x = v x Es decir, las velocidades de la molécula antes y después del choque son de igual
Fig. 11.3. Vista de choques sobre un área pequeña de una pared lateral y una pared frontal.
magnitud. En este evento la fuerza de la molécula
Debido a que en un gas el número de moléculas es delorden de 1023, la cantidad de movimiento transferida a la pared es constante y uniforme en todos los puntos en situación de equilibrio térmico. En otras palabras, la presión en un gas es la misma en todos los puntos del recipiente cuando existe equilibrio térmico.
sobre la pared y la fuerza de la pared sobre la molécula son un par acción y reacción, por lo tanto tienen igual magnitud. Debido a queel impulso sobre la molécula debe ser igual que el cambio en su cantidad de movimiento, entonces se tiene:
I = Δp
Fm Δt = p − p0
11.1.2
Temperatura y Energía.
Fm Δt = p x − p0x Pues solo existen componentes en x. Entonces podemos calcular la fuerza media que actúa sobre la molécula, ya que hemos calculado las velocidades:
Consideremos un gas ideal monoatómico contenido en unrecipiente con forma de un paralelepípedo rectangular de arista L. Estudiemos a una molécula chocando a la pared vertical izquierda, asumiendo que se comporta como una esfera.
v 0 = −v 0x ˆ i
v = v xˆ i
Fm =
mv x − m( −v x ) 2mv x = Δt Δt
El tiempo que demora en ocurrir otra colisión es el tiempo que demora la
Fig. 11.4. Colisión elástica entre una molécula y la pared.
molécula en iry volver desde la pared opuesta, recorriendo una distancia 2L. Si suponemos que la velocidad tiene magnitud constante (en la pared opuesta la colisión también es elástica, y no choca con otra molécula en el camino), entonces se tiene:
Debido a la conservación de la cantidad de movimiento y considerando que la pared no se mueve se tiene que:
mv 0 = mv
16/04/2008 Jorge Lay Gajardojlay@usach.cl
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2L Δt 2L Δt = vx vx = En consecuencia, la fuerza media que la molécula ejerce sobre la pared es:
2mv x mv x 2 Fm = = 2L L vx
todavía, le explicamos el significado a continuación. Las moléculas viajan en todas direcciones. Las componentes en el eje x de sus velocidades tienen direcciones...
11.1
Algunos conceptos de la teoría cinética de los gases.
h
Muchos de los conceptos que trataremos en este capítulo se entienden mucho mejor si tenemos en mente algunas de las explicaciones microscópicas contenidas en la denominada teoría cinética de los gases. Como no pretendemos ahondar en ella, se citan a continuación susideas centrales, para el caso de los gases ideales. 1. Un gas contiene un número muy 3. El comportamiento de las moléculas obedece a las leyes de Newton. 4. Las colisiones que ocurren entre las moléculas y entre las moléculas y las paredes del recipiente son perfectamente elásticas. 5. Las fuerzas de interacción entre las moléculas son despreciables, exceptuando en las colisiones.
Fig. 11.2.
dEl diámetro (d) de una molécula es muy pequeño en comparación con la separación (h) entre ellas.
elevado de moléculas, que se mueven al azar. Esto hace indispensable estudiar su comportamiento con la estadística y las probabilidades.
Fig. 11.1.
Un gas contiene muchas moléculas con movimiento aleatorio.
11.1.1 Presión en la teoría cinética molecular: En esta teoría, la presión de un gasen un
2. La separación promedio entre las moléculas es extraordinariamente grande comparada con sus dimensiones. Esto significa que las moléculas ocupan un volumen despreciable del recipiente que las contiene.
recipiente es debida a la fuerza promedio que las partículas efectúan al chocar contra las paredes del recipiente por unidad de área.
16/04/2008 Jorge Lay Gajardo jlay@usach.cl374
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− v 0x = v x Es decir, las velocidades de la molécula antes y después del choque son de igual
Fig. 11.3. Vista de choques sobre un área pequeña de una pared lateral y una pared frontal.
magnitud. En este evento la fuerza de la molécula
Debido a que en un gas el número de moléculas es delorden de 1023, la cantidad de movimiento transferida a la pared es constante y uniforme en todos los puntos en situación de equilibrio térmico. En otras palabras, la presión en un gas es la misma en todos los puntos del recipiente cuando existe equilibrio térmico.
sobre la pared y la fuerza de la pared sobre la molécula son un par acción y reacción, por lo tanto tienen igual magnitud. Debido a queel impulso sobre la molécula debe ser igual que el cambio en su cantidad de movimiento, entonces se tiene:
I = Δp
Fm Δt = p − p0
11.1.2
Temperatura y Energía.
Fm Δt = p x − p0x Pues solo existen componentes en x. Entonces podemos calcular la fuerza media que actúa sobre la molécula, ya que hemos calculado las velocidades:
Consideremos un gas ideal monoatómico contenido en unrecipiente con forma de un paralelepípedo rectangular de arista L. Estudiemos a una molécula chocando a la pared vertical izquierda, asumiendo que se comporta como una esfera.
v 0 = −v 0x ˆ i
v = v xˆ i
Fm =
mv x − m( −v x ) 2mv x = Δt Δt
El tiempo que demora en ocurrir otra colisión es el tiempo que demora la
Fig. 11.4. Colisión elástica entre una molécula y la pared.
molécula en iry volver desde la pared opuesta, recorriendo una distancia 2L. Si suponemos que la velocidad tiene magnitud constante (en la pared opuesta la colisión también es elástica, y no choca con otra molécula en el camino), entonces se tiene:
Debido a la conservación de la cantidad de movimiento y considerando que la pared no se mueve se tiene que:
mv 0 = mv
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2L Δt 2L Δt = vx vx = En consecuencia, la fuerza media que la molécula ejerce sobre la pared es:
2mv x mv x 2 Fm = = 2L L vx
todavía, le explicamos el significado a continuación. Las moléculas viajan en todas direcciones. Las componentes en el eje x de sus velocidades tienen direcciones...
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