Termología y Gases
Frecuentemente en nuestra vida cotidiana nos referimos a objetos para clasificarlos como calientes o fríos según la estación del año; aveces nos cubrimos con un abrigo o suéter para conservar el calor del cuerpo, en otras nos destapamos para mantener el cuerpo fresco.
Temario
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| TEMPERATURA |
| CALOR DILATACION LEYES DE LOS GASES |
| DATOS CURIOSOS |
La temperatura es una magnitud referida a las nociones comunes de caliente, tibio o frío que puede ser medida con un termómetro. En la física, se define como una magnitud escalar relacionada con la energía interna de un sistema termodinámico, definida por el principio cero de la termodinámica.
Más específicamente, está relacionada directamente con la parte de la energía interna conocida como "energía cinética" , que es la energía asociada a los movimientos de las partículas del sistema, sea en un sentido traslacional, rotacional, o en forma de vibraciones. A medida de que sea mayor la energía cinética de un sistema, se observa que éste se encuentra más caliente; es decir, que su temperatura es mayor.
Toda la metería esta formada por átomos o moléculas en constante movimiento. El que los átomos y las moléculas se combinen para formar sólidos, líquidos, gases o plasmas depende de la rapidez con que se mueven. En virtud el movimiento, las moléculas o los átomos de la materia poseen energía cinética. La energía cinética promedio de las partículas individuales se relaciona en forma directa con lo caliente que se siente algo. Siempre que algo se calienta sabemos que aumenta le energía cinética de sus partículas. Golpea una moneda con un martillo y se calienta, porque el golpe del martillo hace que los átomos en el metal se muevan con más rapidez. Si pones un liquido sobre una llama, el liquido se calienta.
Cuando un solido, liquido o gas, se calienta sus átomos o moléculas se mueven con mayor rapidez. Tienen mas energía cinética.
La cantidad que indica lo caliente o frío que esta un objeto con respecto a una norma se llama temperatura. El primer medidor térmico para medir la temperatura, EL TERMÓMETRO fue inventado por Galileo Galilei en 1602. El uso del conocido termómetro de mercurio en vidrio de difundió setenta años después.
Se expresa la temperatura de la materia con un numero que corresponde a lo caliente de algo, de acuerdo con una escala determinada. Casi todos lo materiales se dilatan, o expanden, cuando se elevan las temperaturas y se contrae cuando baja. Así, la mayor parte de los termómetros miden la temperatura debido a la expansión y contracción de un liquido, que suele ser mercurio, o alcohol teñido.
En la escala que se usa comúnmente en los laboratorios se asignan el número 0 a la temperatura de congelación de agua y el número 100 a su temperatura de ebullición. El espacio entre las dos marcas se divide en 100 partes iguales llamadas grados; en consecuencia, un termómetro calibrado como acabamos de describir se llama termómetro centígrado.
En estados Unidos hay otra escala muy popular. En ella, se asigna el número 32 a la temperatura de la congelación del agua, y el número 212 a su temperatura de ebullición. Esa escala la tiene un termómetro Fahrenheit, en honor de su ilustre originador.
La escala Fahrenheit se hará obsoleta cuando Estados Unidos adopte el sistema métrico.
Los sistemas favorecen otra escala más que es la Kelvin, en honor de Lord Kelvin, físico ingles. Esta escala no se calibra en función de puntos de congelación y de ebullición del agua, si no en termino de la misma. El número 0 se asigna a la mínima temperatura posible, el cero absoluto, en la cual una sustancia no tiene no tiene energía cinética en absoluto para dar o compartir.
El cero absoluto corresponde a -273°C en la escala Celsius. Las unidades de la escala kelvin tienen el mismo tamaño que la escala celsius, y así la temperatura del hielo que se funde es +273 kelvin. En la escala kelvin no hay números negativos.
La temperatura se relaciona con el movimiento aleatorio de los átomos y moléculas de una sustancia. En forma más especifica, la temperatura es proporcional a la energía cinética de "traslación" promedio del movimiento molecular. Las moléculas también pueden vibrar o girar.
El efecto de la energía cinética de traslación en función de la energía cinética de vibración y de rotación se demuestra en forma dramática en un horno de microondas. Las microondas que bombardean los alimentos hacen que ciertas de estos, principalmente las moléculas del agua, vibren y oscilen con gran cantidad de energía cinética.
Es interesante el hecho de que lo que en realidad muestra un termómetro es su propia temperatura. Cuando un termómetro esta en "contacto térmico" con algo cuya temperatura se desea conocer, entre los dos se intercambiara energía hasta que sus temperaturas sean iguales y se establezca el equilibrio térmico. Si conocemos la temperatura del termómetro, conoceremos la temperatura de lo que se esta midiendo. si se esta midiendo la temperatura del aire en un recinto, tu termómetro tiene el tamaño adecuado. Pero si debes medir la temperatura de un gota de agua, el contacto entre ella y el termómetro puede cambiar la temperatura de la gota.
La energía transferida de una a otra cosa debida a una diferencia de temperatura entre ellas se llama CALOR. Es importante hacer notar que la materia no contiene calor. La materia contiene energía cinética molecular, y quizá energía potencial molecular. El calor es energía en transito de un cuerpo a mayor temperatura a uno con menor temperatura. Una vez transferida, la energía cesa de calentar.
La energía interna es el gran total de las energías en el interior de una sustancia. Ademas de la energía cinética de traslación de las moléculas en movimiento en una sustancia, hay energía en otras formas. Hay energía cinética de rotación de moléculas, y energía cinética debida a movimientos internos de los átomos dentro de las moléculas. También hay energía potencial debida a las fuerzas entre las moléculas. Se ve entonces que una sustancia no contiene calor, contiene energía interna.
BIBLIOGRÁFIA:
Física Conceptual
Autor: Paul G. Hewitt
1.1*TERMÓMETROMás específicamente, está relacionada directamente con la parte de la energía interna conocida como "energía cinética" , que es la energía asociada a los movimientos de las partículas del sistema, sea en un sentido traslacional, rotacional, o en forma de vibraciones. A medida de que sea mayor la energía cinética de un sistema, se observa que éste se encuentra más caliente; es decir, que su temperatura es mayor.
Libro "Física Conceptual"
Toda la metería esta formada por átomos o moléculas en constante movimiento. El que los átomos y las moléculas se combinen para formar sólidos, líquidos, gases o plasmas depende de la rapidez con que se mueven. En virtud el movimiento, las moléculas o los átomos de la materia poseen energía cinética. La energía cinética promedio de las partículas individuales se relaciona en forma directa con lo caliente que se siente algo. Siempre que algo se calienta sabemos que aumenta le energía cinética de sus partículas. Golpea una moneda con un martillo y se calienta, porque el golpe del martillo hace que los átomos en el metal se muevan con más rapidez. Si pones un liquido sobre una llama, el liquido se calienta.
Cuando un solido, liquido o gas, se calienta sus átomos o moléculas se mueven con mayor rapidez. Tienen mas energía cinética.
La cantidad que indica lo caliente o frío que esta un objeto con respecto a una norma se llama temperatura. El primer medidor térmico para medir la temperatura, EL TERMÓMETRO fue inventado por Galileo Galilei en 1602. El uso del conocido termómetro de mercurio en vidrio de difundió setenta años después.
Se expresa la temperatura de la materia con un numero que corresponde a lo caliente de algo, de acuerdo con una escala determinada. Casi todos lo materiales se dilatan, o expanden, cuando se elevan las temperaturas y se contrae cuando baja. Así, la mayor parte de los termómetros miden la temperatura debido a la expansión y contracción de un liquido, que suele ser mercurio, o alcohol teñido.
En la escala que se usa comúnmente en los laboratorios se asignan el número 0 a la temperatura de congelación de agua y el número 100 a su temperatura de ebullición. El espacio entre las dos marcas se divide en 100 partes iguales llamadas grados; en consecuencia, un termómetro calibrado como acabamos de describir se llama termómetro centígrado.
En estados Unidos hay otra escala muy popular. En ella, se asigna el número 32 a la temperatura de la congelación del agua, y el número 212 a su temperatura de ebullición. Esa escala la tiene un termómetro Fahrenheit, en honor de su ilustre originador.
La escala Fahrenheit se hará obsoleta cuando Estados Unidos adopte el sistema métrico.
Los sistemas favorecen otra escala más que es la Kelvin, en honor de Lord Kelvin, físico ingles. Esta escala no se calibra en función de puntos de congelación y de ebullición del agua, si no en termino de la misma. El número 0 se asigna a la mínima temperatura posible, el cero absoluto, en la cual una sustancia no tiene no tiene energía cinética en absoluto para dar o compartir.
El cero absoluto corresponde a -273°C en la escala Celsius. Las unidades de la escala kelvin tienen el mismo tamaño que la escala celsius, y así la temperatura del hielo que se funde es +273 kelvin. En la escala kelvin no hay números negativos.
La temperatura se relaciona con el movimiento aleatorio de los átomos y moléculas de una sustancia. En forma más especifica, la temperatura es proporcional a la energía cinética de "traslación" promedio del movimiento molecular. Las moléculas también pueden vibrar o girar.
El efecto de la energía cinética de traslación en función de la energía cinética de vibración y de rotación se demuestra en forma dramática en un horno de microondas. Las microondas que bombardean los alimentos hacen que ciertas de estos, principalmente las moléculas del agua, vibren y oscilen con gran cantidad de energía cinética.
Es interesante el hecho de que lo que en realidad muestra un termómetro es su propia temperatura. Cuando un termómetro esta en "contacto térmico" con algo cuya temperatura se desea conocer, entre los dos se intercambiara energía hasta que sus temperaturas sean iguales y se establezca el equilibrio térmico. Si conocemos la temperatura del termómetro, conoceremos la temperatura de lo que se esta midiendo. si se esta midiendo la temperatura del aire en un recinto, tu termómetro tiene el tamaño adecuado. Pero si debes medir la temperatura de un gota de agua, el contacto entre ella y el termómetro puede cambiar la temperatura de la gota.
La energía transferida de una a otra cosa debida a una diferencia de temperatura entre ellas se llama CALOR. Es importante hacer notar que la materia no contiene calor. La materia contiene energía cinética molecular, y quizá energía potencial molecular. El calor es energía en transito de un cuerpo a mayor temperatura a uno con menor temperatura. Una vez transferida, la energía cesa de calentar.
La energía interna es el gran total de las energías en el interior de una sustancia. Ademas de la energía cinética de traslación de las moléculas en movimiento en una sustancia, hay energía en otras formas. Hay energía cinética de rotación de moléculas, y energía cinética debida a movimientos internos de los átomos dentro de las moléculas. También hay energía potencial debida a las fuerzas entre las moléculas. Se ve entonces que una sustancia no contiene calor, contiene energía interna.
BIBLIOGRÁFIA:
Física Conceptual
Autor: Paul G. Hewitt
Termo significa "CALIENTE" y metro "MEDIR" es un instrumento de medición de temperatura. Desde su invención han evolucionado mucho, principalmente a partir del desarrollo de los termómetros electrónicos digitales.
El instrumento utilizado habitualmente para medir la temperatura es el TERMÓMETRO. Los termómetros de líquido encerrado en vidrio son los más populares; se basan en la propiedad que tiene el mercurio, y otras sustancias, de dilatarse cuando la temperatura aumenta.
El líquido se aloja en una burbuja conectada a un capilar (tubo muy fino). Cuando la temperatura aumenta, el líquido se expande por el capilar, así, pequeñas variaciones de su volumen resultan claramente visibles.
Lo que se utiliza, para medir la temperatura, es el mercurio. Y esto se debe, a que el mercurio es una sustancia, que con el calor, no sólo se dilata, sino que cuando llega a la temperatura promedio, permanece estable por bastante tiempo. Y es por lo mismo, que se puede llegar a conocer con certeza, la temperatura.
Tipos de termómetro:
* TERMÓMETRO DE MERCURIO: Es un tubo de vidrio sellado que contiene mercurio, cuyo volumen cambia con la temperatura de manera uniforme.
* PIRÓMETROS: Termómetro para altas temperaturas, son utilizados en funciones fabricadas de vidrio, hornos para cocción de cerámica.
* TERMÓMETRO DE LAMINA BIMETÁLICA: Formado por dos laminas de metales de coeficientes de dilatación muy distintos y arrollados dejando el coeficiente mas alto en el interior.
* TERMÓMETRO DE GAS: Pueden ser a presión constante. Son muy exactos y generalmente son utilizados para la calibración de otros termómetros.
* TERMOPAR: También llamado termocupla es un dispositivo utilizado para medir temperaturas basado en la fuerza electromotriz que se genera al calentar la soldadura de dos metales distintos.
Los termómetros a través del tiempo:
*1592: Galileo Galilei construye el termoscopio.
*1612: Santorre Santorio da un uso metálico al termómetro.
*1714: Daniel Gabriel Fahrenheit inventa el termómetro de mercurio.
*1821: T.J. Seebeck inventa el termopar.
*1864: Henri Becquerel sugiere un pirómetro óptico.
*1885: Calender-Van Duesen inventa el sensor de temperatura de resistencia de platino.
*1892: Henri-Louis construye el primer pirómetro óptico.
1.2*ESCALAS Lo que se utiliza, para medir la temperatura, es el mercurio. Y esto se debe, a que el mercurio es una sustancia, que con el calor, no sólo se dilata, sino que cuando llega a la temperatura promedio, permanece estable por bastante tiempo. Y es por lo mismo, que se puede llegar a conocer con certeza, la temperatura.
Tipos de termómetro:
* TERMÓMETRO DE MERCURIO: Es un tubo de vidrio sellado que contiene mercurio, cuyo volumen cambia con la temperatura de manera uniforme.
* PIRÓMETROS: Termómetro para altas temperaturas, son utilizados en funciones fabricadas de vidrio, hornos para cocción de cerámica.
* TERMÓMETRO DE LAMINA BIMETÁLICA: Formado por dos laminas de metales de coeficientes de dilatación muy distintos y arrollados dejando el coeficiente mas alto en el interior.
* TERMÓMETRO DE GAS: Pueden ser a presión constante. Son muy exactos y generalmente son utilizados para la calibración de otros termómetros.
* TERMOPAR: También llamado termocupla es un dispositivo utilizado para medir temperaturas basado en la fuerza electromotriz que se genera al calentar la soldadura de dos metales distintos.
Los termómetros a través del tiempo:
*1592: Galileo Galilei construye el termoscopio.
*1612: Santorre Santorio da un uso metálico al termómetro.
*1714: Daniel Gabriel Fahrenheit inventa el termómetro de mercurio.
*1821: T.J. Seebeck inventa el termopar.
*1864: Henri Becquerel sugiere un pirómetro óptico.
*1885: Calender-Van Duesen inventa el sensor de temperatura de resistencia de platino.
*1892: Henri-Louis construye el primer pirómetro óptico.
Es una graduación de mercurio cuando se dilata para distintos estados térmicos. La temperatura es una magnitud referida a las nociones comunes de calor o frío.
Actualmente
se utilizan tres escalas para medir la temperatura, la escala Celsius es
la que todos estamos acostumbrados a usar, el Fahrenheit se usa en
los países anglosajones y la escala Kelvin de uso científico.
Existen 3 tipos de escalas de temperatura que son:
a)Escala de Celsius: Esta escala fue creada por Anders Celsius en el año 1742, construyo
un termómetro basándose en la propiedad de dilatación del mercurio con
la temperatura y fijo como puntos extremos el 0 para la fusión del hielo
y el 100 para la ebullición del agua a nivel del mar. La ecuación de esta en relación a °F es °C=5/9(°F-32).
b)Escala de Fahrenheit: Esta escala fue propuesta por Gabriel Fahrenheit en el año 1724 el encontró
un estado térmico más frío que la solidificación del agua consistió en
una mezcla de sal (cloruro de amonio) con agua y ese punto coloco el 0
(cero). Al hervir esta mezcla también alcanza un valor superior a los
100 ° C.
Al establecer la correspondencia entre ambas escalas, se obtiene la ecuación siguinte : °F= 9/5°C+32.
c) Escala Kelvin: Lord Kelvin estudiando la relación entre volumen y temperatura para un gas cualquiera propone que el cero absoluto o sea el valor más bajo en °C que se lo podía lograr seria la “desaparición” de un gas al enfriarse, sabemos que esto no es posible; el menor volumen al que podía llegar un gas al enfriarse y sus moléculas se encuentran en estado de reposo. Tiene la siguiente ecuación: T °K= °C + 273.
c) Escala Kelvin: Lord Kelvin estudiando la relación entre volumen y temperatura para un gas cualquiera propone que el cero absoluto o sea el valor más bajo en °C que se lo podía lograr seria la “desaparición” de un gas al enfriarse, sabemos que esto no es posible; el menor volumen al que podía llegar un gas al enfriarse y sus moléculas se encuentran en estado de reposo. Tiene la siguiente ecuación: T °K= °C + 273.
El calor se define como la transferencia de energía que se da entre diferentes cuerpos o diferentes zonas de un mismo cuerpo que se encuentran a distintas temperaturas, sin embargo en termodinámica generalmente el término calor significa simplemente transferencia de energía.
2.1*Calor sensible
Es aquel que recibe un cuerpo o un objeto y hace que aumente su temperatura sin afectar su estructura molecular y por lo tanto su estado.
El nombre proviene de la oposición a calor latente, que se refiere al calor "escondido", es decir, que se suministra pero no "se nota" el efecto de aumento d temperatura, ya que por lo general la sustancia a la que se le aplica aumentará su temperatura en apenas 1°C, como un cambio de fase de hielo a agua liquida y de esta a vapor. El calor sensible si se nota.
2.2*Estados de agregación
2.3*Formas de transmisión de calor
CONDUCCIÓN
En los sólidos, la única forma de
transferencia de calor es la conducción. Si se calienta un
extremo de una varilla metálica, de forma que aumente su
temperatura,
el calor se transmite hasta el extremo más frío por
conducción. No se comprende en su totalidad el mecanismo
exacto de la conducción de calor en los sólidos,
pero se cree que se debe, en parte, al movimiento de
los electrones libres que transportan energía cuando
existe una diferencia de temperatura. Esta teoría
explica por qué los buenos conductores eléctricos
también tienden a ser buenos conductores del calor. En
1822, el matemático francés Joseph Fourier dio una
expresión matemática
precisa que hoy se conoce como ley de Fourier de
la conducción del calor. Esta ley afirma que la
velocidad de
conducción de calor a través de un cuerpo por
unidad de sección transversal es proporcional al gradiente
de temperatura que existe en el cuerpo (con el signo
cambiado).
2.1*Calor sensible
Es aquel que recibe un cuerpo o un objeto y hace que aumente su temperatura sin afectar su estructura molecular y por lo tanto su estado.
El nombre proviene de la oposición a calor latente, que se refiere al calor "escondido", es decir, que se suministra pero no "se nota" el efecto de aumento d temperatura, ya que por lo general la sustancia a la que se le aplica aumentará su temperatura en apenas 1°C, como un cambio de fase de hielo a agua liquida y de esta a vapor. El calor sensible si se nota.
2.2*Estados de agregación
| La materia se presenta en tres estados o formas de agregación: sólido, líquido y gaseoso. Dadas las condiciones existentes en la superficie terrestre, sólo algunas sustancias pueden hallarse de modo natural en los tres estados, tal es el caso del agua. La mayoría de sustancias se presentan en un estado concreto. Así, los metales o las sustancias que constituyen los minerales se encuentran en estado sólido y el oxígeno o el CO2 en estado gaseoso:
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2.3*Formas de transmisión de calor
CONDUCCIÓN
CONVECCIÓN
Si existe una diferencia de temperatura en el interior de un líquido o un gas, es casi
seguro que se
producirá un movimiento del
fluido. Este movimiento transfiere calor de una parte del fluido
a otra por un proceso llamado convección. El movimiento
del fluido puede ser natural o forzado. Si se calienta un
líquido o un gas, su densidad (masa
por unidad de volumen) suele
disminuir. Si el líquido o gas se encuentra en el campo
gravitatorio, el fluido más caliente y menos denso
asciende, mientras que el fluido más frío y
más denso desciende. Este tipo de movimiento, debido
exclusivamente a la no uniformidad de la temperatura del fluido,
se denomina convección natural. La convección
forzada se logra sometiendo el fluido a un gradiente de
presiones, con lo que se fuerza su
movimiento de acuerdo a las leyes de la
mecánica de fluidos.
RADIACIÓN
La radiación presenta una diferencia
fundamental respecto a la conducción y la
convección: las sustancias que intercambian calor no
tienen que estar en contacto, sino que pueden estar separadas por
un vacío. La radiación es un término que se
aplica genéricamente a toda clase de fenómenos
relacionados con ondas
electromagnéticas. Algunos fenómenos de la
radiación pueden describirse mediante la teoría
de ondas, pero la
única explicación general satisfactoria de la
radiación electromagnética es la teoría
cuántica. En 1905, Albert
Einstein sugirió que la radiación presenta a
veces un comportamiento
cuantizado: en el efecto fotoeléctrico, la
radiación se comporta como minúsculos proyectiles
llamados fotones y no como ondas. La naturaleza
cuántica de la energía radiante se había
postulado antes de la aparición del artículo de
Einstein, y en 1900 el físico alemán Max Planck
empleó la teoría cuántica y el formalismo
matemático de la mecánica estadística para derivar una ley
fundamental de la radiación. La expresión matemática
de esta ley, llamada distribución de Planck, relaciona la
intensidad de la energía radiante que emite un cuerpo en
una longitud de onda determinada con la temperatura del cuerpo.
Para cada temperatura y cada longitud de onda existe un
máximo de energía radiante. Sólo un cuerpo
ideal (cuerpo negro) emite radiación ajustándose
exactamente a la ley de Planck. Los cuerpos reales emiten con una
intensidad algo menor.
3.DILATACIÓN
4.3*Ley de Gay-Lussac
*DATOS CURIOSOS*
*Temperaturas extremas
No hay duda de que mucha gente ha construido su hogar en lugares inverosímiles: los lugares más fríos habitados llegan a tener -50 grados Celsius, y ambos se encuentran en Siberia –Oymyakon y Verkhoyansk–. Otra ciudad muy fría es Yakutsk, también en Siberia, que tiene temperaturas casi tan bajas en invierno, pero que en verano puede llegar a los 19 grados Celsius.
En cambio, las ciudades más calurosas son la ya abandonada Dallol (Etiopía) y Bangkok, por encima de los 30 grados Celsius. La mina de oro de Mponeng (Sudáfrica) bate el récord con aproximadamente 65 grados Celsius.
DILATACIÓN LINEAL
La dilatación lineal es aquella en la cual predomina la variación en una única dimensión, o sea, en el ancho, largo o altura del cuerpo. Podemos concluir que la dilatación es directamente proporcional a la variación de temperatura.
Imaginemos dos barras del mismo material, pero de longitudes diferentes. Cuando calentamos estas barras, notaremos que la mayor se dilatará más que la menor. Podemos concluir que, la dilatación es directamente proporcional al arco inicial de las barras.
Cuando calentamos igualmente dos barras de igual longitud, pero de materiales diferentes, notaremos que la dilatación será diferentes en las barras. Podemos concluir que la dilatación depende del material (sustancia) de la barra.
DILATACIÓN SUPERFICIAL
Es aquella en que predomina la variación en dos dimensiones, o sea, la variación del área del cuerpo. Para estudiar este tipo de dilatación, podemos imaginar una placa metálica de área inicial S0 y temperatura inicial θ0. Si la calentáramos hasta la temperatura final θ, su área pasará a tener un valor final igual a S.
La dilatación superficial ocurre de forma análoga a la de la dilatación lineal.
DILATACIÓN VOLUMÉTRICA
Es aquella en que predomina la variación en tres dimensiones, o sea, la variación del volumen del cuerpo.
Para estudiar este tipo de dilatación, podemos imaginar un cubo metálico de volumen inicial V0 y la temperatura inicial θ0. Si lo calentamos hasta la temperatura final, su volumen pasará a tener un valor final igual a V.
La dilatación volumétrica ocurrió de forma análoga a la de la dilatación lineal.
INICIO
4.1*Ley de Boyle-Mariotte
Esta ley nos permite relacionar la presión y el volumen de un gas cuando la temperatura es constante. La ley de Boyle (conocida también como de Boyle y Mariotte) establece que la presión de un gas en un recipiente cerrado es inversamente proporcional al volumen del recipiente, cuando la temperatura es constante.
Lo cual significa que:El volumen de un gas es inversamente proporcional a la presión que se le aplica.
En otras palabras:
Si la presión aumenta, el volumen disminuye.
Si la presión disminuye, el volumen aumenta.
Esto nos conduce a que, si la cantidad de gas y la temperatura permanecen constantes, el producto de la presión por el volumen siempre tiene el mismo valor.Matemáticamente esto es:
lo cual significa que el producto de la presión por el volumen es constante.
4.2*Ley de Charles
Mediante esta ley relacionamos la temperatura y el volumen de un gas cuando mantenemos la presión constante.
Textualmente, la ley afirma que:El volumen de un gas es directamente proporcional a la temperatura del gas.
En otras palabras:
Si aumenta la temperatura aplicada al gas, el volumen del gas aumenta.
Si disminuye la temperatura aplicada al gas, el volumen del gas disminuye.
Como lo descubrió Charles, si la cantidad de gas y la presión permanecen constantes, el cociente entre el volumen (V) y la temperatura (T) siempre tiene el mismo valor (K) (es constante). Matemáticamente esto se expresa en la fórmula
lo cual significa que el cociente entre el volumen y la temperatura es constante.
4.3*Ley de Gay-Lussac
Esta ley establece la relación entre la presión (P) y la temperatura (T) de un gas cuando el volumen (V) se mantiene constante, y dice textualmente: La presión del gas es directamente proporcional a su temperatura.
Esto significa que:
Si aumentamos la temperatura, aumentará la presión.
Si disminuimos la temperatura, disminuirá la presión.
Si lo llevamos al plano matemático, esto queda demostrado con la siguiente ecuación:
la cual nos indica que el cociente entre la presión y la temperatura siempre tiene el mismo valor; es decir, es constante.
4.4*Gas ideal
4.5*Ley general de los gases
Un gas ideal es un conjunto de átomos o moléculas que se mueven libremente sin interacciones. La presión ejercida por el gas se debe a los choques de las moléculas con las paredes del recipiente. El comportamiento de gas ideal se tiene a bajas presiones es decir en el límite de densidad cero. A presiones elevadas las moléculas interaccionan y las fuerzas intermoleculares hacen que el gas se desvíe de la idealidad.
4.5*Ley general de los gases
Consideremos una determinada cantidad de gas ideal confinado en un recipiente donde se puede variar la presión, el volumen y la temperatura, pero manteniendo la masa constante, o sea, sin alterar el número de moles.
A partir de la ecuación de Clapeyron, podemos establecer la siguiente relación:
Como fue descrito, el número de moles n y R son constantes. Se concluye entonces:
Esto es, si variamos la presión, el volumen y la temperatura del gas con masa constante, la relación recién expresada, dará el mismo resultado. Para entender mejor lo que esto significa, observe la figura a continuación:
Tenemos el gas ideal en tres estados diferentes, pero si establecemos la relación de presión, volumen y temperatura, descritos en la primera ecuación, se llega a los siguientes resultados.
Observamos que las tres ecuaciones dan el mismo resultado, lo cual significa que ellas son iguales. Entonces podemos obtener la siguiente ecuación final:
*DATOS CURIOSOS*
Datos curiosos de la temperatura
*La mayor temperatura creada por el hombre
La mayor temperatura que hemos logrado hacer por nosotros mismos es de cuatro billones de grados Celsius –7.2 trillones de grados Fahrenheit–, aproximadamente. Esto es cerca de 250 mil veces más caliente que el núcleo del sol, lo cual es bastante. El récord se llevó a cabo en Brookhaven Natural Laboratory (Nueva York), mediante la rotura de iones de oro para lograr una especie de big bang al crear un plasma de quarks y gluones.
*La menor temperatura creada por el hombre
El hombre ha logrado hacer la cosa más fría del universo, más incluso que cualquier cosa natural: está por debajo de cien pico-Kelvin, y se produce mediante refrigeración magnética. A estas temperaturas, la materia se comporta de manera diferente, lo que permite revelar muchas particularidades extrañas de la mecánica cuántica.
*La luz y el frío
El condensado Bose-Einstein es un fenómeno que ocurre cuando la materia está a una fracción de grado por encima del cero absoluto. Este efecto se recreó mediante el uso de luz en lugar de materia: la luz viajó a través de dos espejos con partículas de tinte en ellos, y al rebotar perdió algo de energía. Cuando alcanza la temperatura ambiente se comporta como un material muy frío. Esto sirve para pensar en la construcción de un nuevo tipo de láser.
*Temperaturas extremas del sistema solar
Sin duda alguna, la temperatura más elevada del sistema solar se encuentra en el núcleo del sol –27 millones de grados Fahrenheit–, y luego en su corteza –10 mil grados Fahrenheit–. La tierra, por su parte, tiene un núcleo con la misma temperatura que la corteza solar, mientras que el de Júpiter es cinco veces más caliente. El lugar más frío del sistema solar es la Luna, que en zonas de sombra tiene una temperatura de -30 Kelvin.
*El punto triple
El sistema internacional mide la temperatura en grados Kelvin, y se considera como cero absoluto el límite inferior de temperatura y de lo que se conoce como el punto triple de temperatura. El punto triple es la temperatura en la que una sustancia tiene los tres estados –sólido, líquido y gaseoso– en equilibrio. Cualquier desviación puede afectar esos estados.
Para definir un Kelvin se toma la diferencia de temperatura entre el punto triple del agua y el cero absoluto, y se divide por 273,16.
*Las leyes de la termodinámica
Las leyes de la termodinámica son leyes de la naturaleza –en un principio tres– que rigen la temperatura. Pero en 1935 se acuñó una cuarta ley que dice que “si dos sistemas están cada uno en equilibrio térmico con un tercer sistema, también están en equilibrio térmico entre sí.” Esta ley es fundamental para el campo de la termodinámica, por lo que debería ser la primera ley en formularse.
*Temperaturas extremas
No hay duda de que mucha gente ha construido su hogar en lugares inverosímiles: los lugares más fríos habitados llegan a tener -50 grados Celsius, y ambos se encuentran en Siberia –Oymyakon y Verkhoyansk–. Otra ciudad muy fría es Yakutsk, también en Siberia, que tiene temperaturas casi tan bajas en invierno, pero que en verano puede llegar a los 19 grados Celsius.
En cambio, las ciudades más calurosas son la ya abandonada Dallol (Etiopía) y Bangkok, por encima de los 30 grados Celsius. La mina de oro de Mponeng (Sudáfrica) bate el récord con aproximadamente 65 grados Celsius.
*El Universo se está enfriando
2,73 Kelvin es la temperatura más fría del Universo: el espacio se mantuvo por encima del cero absoluto debido a la radiación que dejó el Big Bang. Por esta razón, a medida que pasa el tiempo, el Universo se enfría más y más, aproximadamente un grado cada tres billones de años. Esto puede no significar nada para nosotros, pero sí para el universo en general.
*La teoría calórica
El calor es una propiedad mecánica de la materia: mientras más caliente es una cosa, más energía tienen las partículas que se mueven a su alrededor. Hasta finales del siglo XIX los científicos creían que el calor era una sustancia. Esta es la teoría calórica, y muchas de las predicciones hechas a partir de ella son verdad, a pesar de que está básicamente errada.
*La temperatura de Planck
La temperatura de Planck es la temperatura más alta que ha tenido el universo, sucedió una fracción de segundo después del Big Bang. Es posible que la temperatura siga aumentando después de este punto, aunque no se sabe qué sucedería, porque sería algo demasiado caliente para nuestro modelo actual de realidad.