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UNIVERSIDAD DE INNOVACIÓN Y VANGUARDIA DE MÉXICO MÓDULO: FISICA 2 Elaborado por: Aguiñiga Casillas Blanca Luz (2020) GUÍA DE ESTUDIO PARA FISICA II UNIDAD 2: CALOR Y TEMPERATURA Diferencia de calor y temperatura Concepto de temperatura y su medición La temperatura es una magnitud fundamental que indica el grado de calor de un cuerpo que se toma como base o patrón Temperatura es la energía cinética media de las moléculas de un cuerpo. Concepto de calor y sus unidades de medida Calor Calor es la suma de las energías cinéticas de las moléculas de un cuerpo Historia Hasta el siglo XIX se explicaba el efecto del calor en la variación de la temperatura de un cuerpo por medio de un fluido invisible llamado calórico. Este se producía cuando algo se quemaba y, además, que podía pasar de un cuerpo a otro. La teoría del calorífico afirmaba que una sustancia con mayor temperatura que otra, necesariamente, poseía mayor cantidad de calórico. Benjamín Thompson y james Prescott Joule establecieron que el trabajo podía convertirse en calor o en un incremento de la energía térmica determinado que, simplemente, era otra forma de la energía. El calor es una energía de nivel bajo puesto que el trabajo se puede transformar íntegramente en calor, pero no al contrario, (segundo principio de la termodinámica). Flujo calórico El flujo de calor o flujo térmico, a veces también conocido como densidad de flujo de calor o intensidad de velocidad de flujo de calor es un flujo de energía por unidad de área por unidad de tiempo. En SI, sus unidades son vatios por metro cuadrado (Wm 2 ). Tiene una dirección y una magnitud, por lo que es una cantidad vectorial. Para definir el flujo de calor en un cierto punto en el espacio, uno toma el caso límite donde el tamaño de la superficie se vuelve infinitamente pequeño.

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MÓDULO: FISICA 2

Elaborado por: Aguiñiga Casillas Blanca Luz (2020)

GUÍA DE ESTUDIO PARA FISICA II UNIDAD 2: CALOR Y TEMPERATURA

Diferencia de calor y temperatura

Concepto de temperatura y su medición

La temperatura es una magnitud fundamental que indica el grado de calor de un cuerpo que

se toma como base o patrón

Temperatura es la energía cinética media de las moléculas de un cuerpo.

Concepto de calor y sus unidades de medida

Calor

Calor es la suma de las energías cinéticas de las moléculas de un cuerpo

Historia

Hasta el siglo XIX se explicaba el efecto del calor en la variación de la temperatura de un

cuerpo por medio de un fluido invisible llamado calórico. Este se producía cuando algo se

quemaba y, además, que podía pasar de un cuerpo a otro.

La teoría del calorífico afirmaba que una sustancia con mayor temperatura que otra,

necesariamente, poseía mayor cantidad de calórico.

Benjamín Thompson y james Prescott Joule establecieron que el trabajo podía convertirse

en calor o en un incremento de la energía térmica determinado que, simplemente, era otra

forma de la energía.

El calor es una energía de nivel bajo puesto que el trabajo se puede transformar

íntegramente en calor, pero no al contrario, (segundo principio de la termodinámica).

Flujo calórico

El flujo de calor o flujo térmico, a veces también conocido como densidad de flujo de calor

o intensidad de velocidad de flujo de calor es un flujo de energía por unidad de área por

unidad de tiempo. En SI, sus unidades son vatios por metro cuadrado (W⋅m−2). Tiene una

dirección y una magnitud, por lo que es una cantidad vectorial. Para definir el flujo de calor

en un cierto punto en el espacio, uno toma el caso límite donde el tamaño de la superficie

se vuelve infinitamente pequeño.

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Caloría

El término caloría es el nombre de varias unidades de energía basadas en la capacidad

térmica específica del agua. Como existen varias unidades con el nombre caloría, expresar

una magnitud como «X calorías» deja ambigua la unidad empleada.

En un día de verano, el sol calienta la arena de las playas y todo lo que sobre ella se encuentra. Suponga que sobre la arena hay una toalla, una botella de plástico y un vaso de metal, los tres objetos están expuestos al calor del sol la misma cantidad de tiempo.

Basándote en tu experiencia, responde:

Cuando tocas cada uno, de los tres objetos, ¿estarán estos objetos igual de calientes? ¿Cuál de los tres objetos estará más caliente?

Del análisis de la situación anterior, podemos concluir que cada objeto habrá absorbido una cantidad distinta de calor. En otras palabras podemos decir que cada material tiene una capacidad de almacenar calor de manera diferente, esta capacidad depende de la naturaleza y composición del mismo. Esta situación que entendemos y que nos resulta familiar como experiencia de vida, nos va a llevar a la definición de Capacidad Calorífica.

La capacidad calorífica se puede expresar como la cantidad de calor requerida para elevar en 1ºC, la temperatura de una determinada cantidad de sustancia. Cuanto mayor sea la capacidad calorífica de una sustancia, mayor será la cantidad de calor entregada a ella para subir su temperatura. Por ejemplo, no es lo mismo calentar el agua de un vaso que el agua de toda una piscina: requerimos mayor calor para calentar el agua de toda una piscina puesto que su capacidad calorífica es mucho mayor.

La capacidad calorífica (C) (propiedad extensiva), se expresa como "calor" sobre "grados centígrados" y, por tanto, tiene las siguientes unidades:

El calor específico (c) (propiedad intensiva) tiene las siguientes unidades:

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El calor específico es una propiedad intensiva, no depende de la materia, y es un valor fijo

para cada sustancia. Así, el agua tiene un valor fijo de calor específico, el cual debemos

entenderlo como la cantidad de calor que puede absorber una sustancia: cuanto mayor sea

el calor específico, mayor cantidad de calor podrá absorber esa sustancia sin calentarse

significativamente.

La relación entre la capacidad calorífica y el calor específico está dado por:

C = m c

Ejemplo

El calor específico de agua es:

Mientras que la capacidad calorífica de 60 g de agua será:

La capacidad calorífica molar, se expresa de la siguiente manera:

Tenga en cuenta que la C de capacidad Calorífica está en mayúsculas

Cuando se añade o disminuye calor a un sistema, se produce una variación de temperatura en el sistema.

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Dónde: m = masa, gramos

c = calor específico, J/g °C

Mecanismos de transferencia de calor

En la cocina, usamos una olla de metal o vidrio para tener buena transferencia de calor de la estufa a lo que cocinamos, pero el refrigerador está aislado con un material que evita que fluya calor hacia la comida que está en el interior. ¿Cómo describimos la diferencia entre estos dos materiales? Los tres mecanismos de transferencia de calor son conducción, convección y radiación. Hay conducción dentro de un cuerpo o entre dos cuerpos que están en contacto. La convección depende del movimiento de una masa de una región del espacio a otra. La radiación es transferencia de calor por radiación electromagnética, como la luz del Sol, sin que tenga que haber materia en el espacio entre los cuerpos.

Conducción

En el nivel atómico, los átomos de las regiones más calientes tienen más energía cinética, en promedio, que sus vecinos más fríos, así que empujan a sus vecinos, transfiriéndoles algo de su energía. Los vecinos empujan a otros vecinos, continuando así a través del material. Los átomos en sí no se mueven de una región del material a otra, pero su energía sí. Sólo hay transferencia de calor entre regiones que están a diferente temperatura, y la dirección de flujo siempre es de la temperatura más alta a la más baja. La figura de la izquierda muestra una varilla de material conductor con área transversal A y longitud L. El extremo izquierdo de la varilla se mantiene a una temperatura TH, y el derecho, a una temperatura menor TC, así que fluye calor de izquierda a derecha. Los costados de la varilla están cubiertos con un aislante ideal, así que no hay transferencia de calor por los lados. Si se transfiere una cantidad de calor dQ por la varilla en un tiempo dt, la tasa de flujo de

calor es dQ/dt. Llamamos a ésta la corriente de calor, denotada por H. Es decir, H = dQ/dt.

Se observa experimentalmente que la corriente de calor es proporcional al área

transversal A de la varilla y a la diferencia de temperatura (TH-TC), e inversamente

proporcional a la longitud de la varilla L. Introduciendo una constante de

proporcionalidad k llamada conductividad térmica del material.

Convección

La convección es transferencia de calor por movimiento de una masa de fluido de una región del espacio a otra. Como ejemplos conocidos tenemos los sistemas de calefac- ción domésticos de aire caliente y de agua caliente, el sistema de enfriamiento de un motor de combustión y el flujo de sangre en el cuerpo. Si el fluido circula impulsado por un ventilador o bomba, el proceso se llama convección forzada; si el flujo se debe a diferencias de densidad causadas por expansión térmica, como el ascenso de aire caliente, el proceso se llama convección natural o convección libre. La convección libre en la atmósfera

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desempeña un papel dominante en la determinación del estado del tiempo, y la convección en los océanos es un mecanismo importante de transferencia global de calor. En una escala menor, los halcones que planean y los pilotos de planeadores, aprovechan las corrientes térmicas que suben del suelo caliente. El mecanismo de transferencia de calor más importante dentro del cuerpo humano (necesario para mantener una temperatura casi constante en diversos entornos) es la convección forzada de sangre, bombeada por el corazón. La transferencia de calor convectiva es un proceso muy complejo, y no puede des- cribirse con una ecuación simple. Veamos algunos hechos experimentales:

La corriente de calor causada por convección es directamente proporcional al área superficial. Esto explica las áreas superficiales grandes de los radiadores y las aletas de enfriamiento.

La viscosidad de los fluidos frena la convección natural cerca de una superficie estacionaria, formando una película superficial que, en una superficie vertical, suele tener el mismo valor aislante que tiene 1,3 cm de madera terciada (valor R = 0,7). La convección forzada reduce el espesor de esta película, aumentando la tasa de transferencia de calor. Esto explica el “factor de congelación”: nos enfriamos más rápidamente en un viento frío que en aire tranquilo a la misma temperatura.

La corriente de calor causada por convección es aproximadamente proporcional a la potencia 5 de la diferencia de temperatura entre la superficie y el cuerpo 4 principal del fluido.

Radiación

La radiación es la transferencia de calor por ondas electromagnéticas como la luz visible, el infrarrojo y la radiación ultravioleta. Todos hemos sentido el calor de la radiación solar y el intenso calor de un asador de carbón, o las brasas de una chimenea. Casi todo el calor de estos cuerpos tan calientes no nos llega por conducción ni por convección en el aire intermedio, sino por radiación. Habría esta transferencia de calor aunque sólo hubiera vacío entre nosotros y la fuente de calor. Todo cuerpo, aun a temperaturas ordinarias, emite energía en forma de radiación electromagnética. A temperaturas ordinarias, digamos 20 °C, casi toda la energía se transporta en ondas de infrarrojo con longitudes de onda mucho mayores que las de la luz visible. Al aumentar la temperatura, las longitudes de onda se desplazan hacia valores mucho menores. A 800 °C, un cuerpo emite suficiente radiación visible para convertirse en objeto luminoso “al rojo vivo”, aunque aún a esta temperatura la mayoría de la energía se transporta en ondas de infrarrojo. A 3000 °C, la temperatura de un filamento de bombilla incandescente, la radiación contiene suficiente luz visible para que el cuerpo se vea “al rojo blanco”. La tasa de radiación de energía de una superficie es proporcional a su área superficial A, y aumenta rápidamente con la temperatura, según la cuarta potencia de la temperatura absoluta (Kelvin). La tasa también depende de la naturaleza de la superficie; esta dependencia se describe con una cantidad e llamada emisividad: un número adimensional entre 0 y 1 que representa la relación entre la tasa de radiación de una superficie dada y la de un área igual de una superficie radiante ideal a la misma temperatura. La emisividad también depende un poco de la temperatura. Así, la corriente de calor H= dQ/dt debida a radiación de un área superficial A con emisividad e a la temperatura absoluta T.

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TEMPERATURA Y LEY CERO

Sistemas termodinámicos Sistema: cualquier grupo de átomos, moléculas, partículas u objetos en estudio termodinámico. Por ejemplo el agua dentro de un envase, el cuerpo de un ser vivo o la atmósfera. Ambiente o Alrededor: todo lo que no pertenece al sistema, es lo que rodea al sistema, sus alrededores. Por ejemplo el exterior al envase donde está el agua, o el espacio que rodea a la atmósfera (puede ser todo el Universo). Entre el sistema y el ambiente puede haber intercambio de calor y de energía y se puede realizar trabajo. Sistema cerrado: sistema en el cual no entra ni sale masa, pero que puede intercambiar calor y energía con el ambiente. Sistema abierto: sistema que puede tener variación de masa, como por ejemplo intercambio de gases o líquidos, o de alimentos en los seres vivos. Sistema cerrado aislado: sistema en el cual no se produce ningún intercambio de calor o energía con el ambiente a través de sus fronteras.

Magnitudes físicas

Cada sistema se puede caracterizar mediante variables que determinan su estado, la relación de estas variables determinará alguna función matemática que permitirá determinar el estado futuro o pasado del sistema termodinámico. Las variables pueden ser extensivas como la energía interna, la entropía, el volumen, composición molar....cuyo valor depende de la masa o tamaño del cuerpo y son aditivas. Por lo general el cociente de dos magnitudes extensivas da como resultados una intensiva como es el caso de la densidad = masa / volumen. Las magnitudes intensivas son aquellas que no dependen de la cantidad masa como la temperatura, la presión, la velocidad, el volumen específico, la densidad...

Temperatura, calor y ley cero Muchas veces en la vida cotidiana usamos temperatura y calor de manera indistinta para referirnos a ciertos fenómenos, pero debemos físicamente, hacer una distinción en aquello, pues calor y temperatura son dos conceptos distintos que están relacionados, pero la temperatura no es la medida del calor como muchas veces se piensa, como tampoco el calor no es una característica del sistema, sino una relación entre dos o más cuando están a diferente temperatura. Por ello el calor lo entenderemos como una energía en tránsito que se produce cuando dos o más sistemas termodinámicos tienen distinta temperatura, lo

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anterior se efectuará hasta que todos los sistemas involucrados alcances la misma temperatura, es decir, el equilibrio térmico.

En la imagen de la derecha se observa que hay dos sistemas termodinámicos con distinta temperatura inicial. Suponiendo que alrededor de ellos no hay ningún otro sistema, entonces entre ambos habrá un flujo de calor Q, una energía en tránsito, produciendo después de un tiempo que la temperatura en ambos sea igual. Este punto se denomina equilibrio térmico (ver siguiente figura).

Ley cero de la termodinámica

La ley cero de la termodinámica fue formulada por primera vez en el año 1931 por Ralph Fowler. T Se puede enunciar así la ley cero: "Cuando dos sistemas A y B se encuentran por separado y en equilibrio térmico con un tercer sistema C, se dice que A y B están en equilibrio

térmico uno del otro".

En la imagen anterior se observa que el cuerpo A está en equilibrio con C, pero el objeto A y B están aislados. También se observa que el cuerpo C está en equilibrio con B. Finalmente se concluye que A y B están en equilibrio térmico. En la imagen del lado derecho, la pared adiabática se colocado de manera horizontal, luego podemos decir que A y B están en equilibrio térmico, pero no podemos decir que C lo esté con A y/o con B. La ley cero es lo que ocurre con la medición de la temperatura con un termómetro. Temperatura con un termómetro. El termómetro es un buen ejemplo de aplicación de la ley cero de la termodinámica, pues al medir por ejemplo la temperatura de un vaso de agua, el agua está en contacto con el vidrio y el vidrio con el mercurio, luego el mercurio de dilata o contrae según corresponda midiendo la temperatura según en la escala que esté graduado. Así el

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agua está en equilibrio térmico con el vidrio, y el vidrio con el mercurio, luego el mercurio y el agua están a la misma temperatura.

Unidades de medida del calor

Escalas de temperatura

La temperatura desde un punto de vista microscópico es una medida de la energía cinética promedio de las partículas del sistema. Esta energía cinética considera la energía cinética de rotación, vibración y traslación de las moléculas. Para mayor profundización véase teoría cinética de los gases. Las escalas de temperatura están basada en referencias a fenómeno físico a condiciones estándar (1 atm de presión y con g=9,8 m/s^2) que se le asigna un número determinado.

La temperatura desde un punto de vista microscópico es una medida de la energía cinética promedio de las partículas del sistema. Esta energía cinética considera la energía cinética de rotación, vibración y traslación de las moléculas. Para mayor profundización véase teoría cinética de los gases. Las escalas de temperatura están basada en un fenómeno físico que por comodidad ha sido la temperatura del punto equilibrio entre hielo y vapor de agua saturado a presión atmosférica normal (punto de congelación) y el punto de equilibrio entre agua líquida y su vapor a presión de 1atm (punto de ebullición). En la escala Celsius asignó respectivamente el número 0 y 100, mientras que en la escala Fahrenheit estos puntos son 212 y 32, y en la escala absoluta 273,15 y 373,15 respectivamente.

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Uno de los termómetros usados para definir escalas de temperatura es el termómetro de gas a volumen constante (TGVC) siguiendo los pasos:

1. Se recopilan las lecturas de presión para el punto de congelación y ebullición del agua.

2. Se dividen estas lecturas en 100 porciones, se le asigna 0 al punto de congelación y 100 al punto de ebullición. Esta es la llamada escala CELSIUS.

3. Sin embargo, tiene más sentido dejar el cero en la escala de temperatura cuando la presión tiende a ser cero. Por lo tanto se puede extrapolar el cero en P, este será el

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punto donde la temperatura es cero. Esto funciona si es que el volumen se mantiene constante. Luego el punto de congelación del agua es de 273.15 divisiones desde el cero y el punto de ebullición 373.15 divisiones desde el cero.

Esta nueva escala de temperatura se llama KELVIN, es la oficial del sistema internacional de medidas. El 0 K llamado el cero absoluto tiene una equivalencia de -273.15 ºC. 0 K está a 273,16 divisiones más abajo del punto triple. Por lo tanto 273,16 K es el punto triple del agua, el cual equivale a 0,01 ºC.

Transformación de escalas

La imagen de la derecha muestra las divisiones para las tres escalas de temperatura más usadas. Vamos a encontrar una ecuación para transformar de grados Celsius a Fahrenheit, para ello procedemos de la siguiente manera:

Suponiendo que el capilar y los tres termómetros de la derecha son iguales a excepción por sus escalas, la longitud que hay entre 0 y 100 es la misma que de 32 a 212.

Para una temperatura Tc en grados Celsius le corresponde una Tf, pero sigue siendo esta longitud siendo igual, son distintos los números asignados. Así tenemos que Tc-0 debe estar en la misma razón que Tf-32

Otras transformaciones

De A Fórmula

Fahrenheit Celsius

Celsius Fahrenheit

Fahrenheit Kelvin

Kelvin Fahrenheit

C=(F-32)/1,8

F=1,8C+32

K=(F-32)/1,8+273,15

F=1,8(K-273,15)+32

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Fahrenheit Rankine

Rankine Fahrenheit

Ley de Boyle

Fue descubierta por Robert Boyle en 1662. Edme Mariotte también llegó a la misma conclusión que Boyle, pero no publicó sus trabajos hasta 1676. Esta es la razón por la que en muchos libros encontramos esta ley con el nombre de Ley de Boyle y Mariotte.

La ley de Boyle establece que la presión de un gas en un recipiente cerrado es inversa

mente proporcional al volumen del recipiente, cuando la temperatura es constante.

Ra=F+459,67

F=Ra-459,67

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El volumen es inversamente proporcional a la presión:

Si la presión aumenta, el volumen disminuye. Si la presión disminuye, el volumen aumenta.

¿Por qué ocurre esto?

Al aumentar el volumen, las partículas (átomos o moléculas) del gas tardan más en llegar a las paredes del recipiente y por lo tanto chocan menos veces por unidad de tiempo contra ellas. Esto significa que la presión será menor ya que ésta representa la frecuencia de choques del gas contra las paredes.

Cuando disminuye el volumen la distancia que tienen que recorrer las partículas es menor y por tanto se producen más choques en cada unidad de tiempo: aumenta la presión.

Lo que Boyle descubrió es que si la cantidad de gas y la temperatura permanecen constantes, el producto de la presión por el volumen siempre tiene el mismo valor.

Como hemos visto, la expresión matemática de esta ley es:

P⋅V=k P⋅V=k

(El producto de la presión por el volumen es constante)

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Supongamos que tenemos un cierto volumen de gas V1 que se encuentra a una presión P1 al comienzo del experimento. Si variamos el volumen de gas hasta un nuevo valor V2, entonces la presión cambiará a P2, y se cumplirá:

P1⋅V1=P2⋅V2P1⋅V1=P2⋅V2

Que es otra manera de expresar la ley de Boyle.

Ejemplo: Una muestra de oxigeno ocupa 20 ml a 34c y a una presión de 800 torr, ¿Qué

volumen ocupara la muestra a 34°C y a 760 Torr?

Solución

Datos:

Pi=800 Torr

Pf=760 Torr

Vi=20 ml

Vf=?

Ley de charles

En 1787, Jack Charles estudió por primera vez la relación entre el volumen y la temperatura

de una muestra de gas a presión constante y, observó que cuando se aumentaba la

temperatura el volumen del gas también aumentaba y que al enfriar el gas, el volumen

disminuía.

¿Por qué ocurre esto?

Cuando aumentamos la temperatura del gas las moléculas se mueven con más rapidez y

tardan menos tiempo en alcanzar las paredes del recipiente. Esto quiere decir que el

número de choques por unidad de tiempo será mayor. Es decir se producirá un aumento

(por un instante) de la presión en el interior del recipiente y aumentará el volumen (el

émbolo se desplazará hacia arriba hasta que la presión se iguale con la exterior).

Lo que Charles descubrió es que a presión constante, el cociente entre el volumen y la

temperatura de una cantidad fija de gas, es igual a una constante.

Formula:

PiVi=PfVf

800x20=760xVf

16000=760xVf

Vf= 16000/760

Vf= 21ml

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Matemáticamente podemos expresarlo así:

Estudiemos el siguiente proceso a presión constante (isobárico):

Supongamos que tenemos un cierto volumen de gas V1 que se encuentra a una

temperatura T1 sometido a una presión P1 (representada por la pesa) al comienzo del

experimento. Si a presión constante, aumentamos la temperatura del gas hasta un nuevo

valor T2, entonces el volumen se incrementará hasta V2, como se muestra en la siguiente

figura.

En la gráfica P - V, se muestra la isóbara.

Se cumplirá:

que es otra manera de expresar la ley de Charles.

El mismo proceso se puede graficar en un diagrama V - T:

El mismo proceso se puede graficar en un diagrama V - T:

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La recta obtenida se puede expresar matemáticamente con la ecuación:

Dónde:

Vo = volumen que ocupa el gas a 0 ºC (ordenada al origen).

= Cambio de volumen respecto al cambio de temperatura, a presión

constante (pendiente).

La proyección de la recta, dará una intersección en -273.15 ºC, temperatura a la

cual el gas teóricamente tendrá un volumen de cero, lo cual sólo se cumple

para el gas ideal, puesto que los gases reales se licuarán y solidificarán a

temperaturas suficientemente bajas.

A este valor de -273.15 ºC, se le asignó un valor de cero kelvin (0 K), en la

denominada escala de temperatura absoluta.

Ejemplo: Se tiene una muestra de hidrogeno ocupando 40 ml a una temperatura de 30°C y

a una presión de 800 Torr. ¿Qué volumen ocupara la muestra a 15°C y 800 Torr?

Solucion

Datos:

Ti=30°C+273°=303°K 𝑽𝒊

𝑻𝒊=

𝑽𝒇

𝑻𝒊

Tf=15°C+273°=288°K

Vi=40 ml

Vf=?

40

303=

𝑉𝑓

288

0.1320=𝑉𝑓

288

Vf=288x0.1320

Vf=38.016

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Ley de Gay-lussac

Ley de Gay-Lussac

Esta Ley fue enunciada por Joseph Louis Gay-Lussac a principios de 1800.

Establece que la presión de un volumen fijo de gas, es directamente

proporcional a su temperatura.

¿Por qué ocurre esto?

Al aumentar la temperatura, las moléculas del gas se mueven más rápidamente y por

tanto aumenta el número de choques contra las paredes, es decir aumenta la presión

ya que el recipiente es de paredes fijas y su volumen no puede cambiar.

Gay-Lussac descubrió que en cualquier momento de este proceso, el cociente entre

la presión y la temperatura siempre tenía el mismo valor:

Supongamos que tenemos un gas que se encuentra a una presión P1 y a una

temperatura T1 al comienzo del experimento. Si aumentamos la temperatura hasta

un nuevo valor T2, entonces la presión se incrementará a P2, y se cumplirá:

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Esta ley, al igual que la de Charles, está expresada en función de la temperatura

absoluta expresada en Kelvin. La isócora se observa en la siguiente gráfica P - V:

Este proceso también se puede representar en una gráfica P - T:

Ley de Avogadro Avogadro observó que si se colocaban masas de gases iguales a su peso molecular, a la

misma temperatura y presión, todos ocupaban el mismo volumen.

En condiciones estándar de presión y temperatura (P = 1 atm y T = 273 K), el

volumen ocupado es de 22.4 l, como se muestra en la siguiente figura:

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Otra manera de expresar la Ley de Avogadro, es como

sigue: volúmenes iguales de gases diferentes, bajo las mismas condiciones

de temperatura y presión, contienen el mismo número de partículas y, por lo

tanto, el mismo número de moles. Es decir, el volumen es directamente

proporcional al número de moles (n):

Para eliminar el signo de proporcionalidad, introducimos una constante, el

volumen molar (V):

V = V n

Finalmente, despejando el volumen molar, tenemos:

por lo que el volumen molar se define como el volumen ocupado por un mol de

un gas.

Gráfica PVT

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Ley de Dalton

Mezcla de gases de comportamiento ideal a V y T constantes

¿Qué significado fisicoquímico tiene la p resión parcial?

Ejemplo: Un tanque de acero contiene bioxido de carbono a 27°C y una presion de 14 atm.

¿Qué presion tendra si la temperatura se eleva a 100°C?

Solucion

Datos:

Ti=27°C+273°=300°K

Tf=100°C+273°=373°K

Pi=14 atm

Pf=?

Ley de Amagat

Mezcla de gases de comportamiento ideal a P y T constantes

total

= P = P T tot

𝑃𝑖

𝑇𝑖=𝑃𝑓

𝑇𝑓

14

300=

𝑃𝑓

373

0.047 =𝑃𝑓

373

Pf=373x0.047

Pf=17.531 atm

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