Teoría cinética de los gases

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Autor: Redacción Ejemplode.com, año 2018

La Teoría Cinética de los Gases pretende explicar a detalle el comportamiento de estos fluidos, por procedimientos teóricos en función de una descripción postulada de un gas y algunos supuestos.

Esta teoría fue propuesta por vez primera por Bernoulli en 1738, y más tarde Clausius, Maxwell, Boltzmann, van der Waals y Jeans la ampliaron y mejoraron.

Postulados de la Teoría Cinética de los Gases

Los Postulados fundamentales de esta teoría son:

1.- Se considera que los gases están constituidos por diminutas partículas discretas llamadas moléculas de igual masa y tamaño en un mismo gas, pero diferentes para gases distintos.

2.- Las moléculas de un recipiente se hallan en movimiento caótico sin cesar, durante el cual chocan entre sí o con las paredes del recipiente donde se encuentran.

3.- El bombardeo de las paredes del recipiente origina una Presión, es decir, una fuerza por unidad de área, promedio de las Colisiones de las moléculas.

Tanques de gas son cilíndricos para que haya una presión uniforme del gas

4.- Las colisiones de las moléculas son Elásticas, es decir,  mientras no varíe con el tiempo la presión del gas de un recipiente a cualquier temperatura y presión no se produce pérdida de energía por fricción.

5.- La temperatura absoluta es una cantidad proporcional al Promedio de la Energía Cinética de todas las moléculas de un sistema.

Mientras más caliente el gas, mayor energía cinetica

6.- A presiones relativamente bajas, la distancia promedio entre las moléculas es grande en comparación con sus diámetros, y de ahí que las fuerzas de atracción, que dependen de la separación molecular, se consideran despreciables.

7.- Finalmente, como las moléculas son pequeñas en comparación con la distancia entre ellas, su volumen se considera despreciable en relación al total abarcado.

Volumen del Globo es mucho mayor que el que el gas abarcaria comprimido

Al desconocer el tamaño de las moléculas y su interacción, según lo muestran los postulados 6 y 7, este tratado teórico se limita a los gases ideales.

Un análisis matemático de este concepto de gas nos lleva a conclusiones fundamentales verificables directamente por la experiencia.

Explicación Física de la Teoría Cinética de los Gases

Supongamos un recipiente cúbico lleno con n´ moléculas de gas, todas iguales, y con la misma masa y velocidad, m y u respectivamente. Es posible descomponer la velocidad u en tres componentes según los ejes x, y, z.

Si designamos a estos tres componentes ux, uy, uz, entonces:

u2 = ux2 + uy2 + uz2

donde u2 es la velocidad cuadrática media. Asociemos ahora a cada uno de estos componentes una sola molécula de masa m capaz de desplazarse independientemente en cualquiera de las correspondientes direcciones x, y, z.

El efecto final de estos movimientos independientes se obtiene por combinación de las velocidades de acuerdo con la ecuación.

Supongamos ahora que la molécula se desplaza en la dirección x hacia la derecha con la velocidad ux. Chocará con el plano yz con el momento mux, y como la colisión es elástica, rebotará con una velocidad -ux y la cantidad de movimiento -mux.

En consecuencia, la Variación de la Cantidad de Movimiento, o de Momento, por molécula y colisión en la dirección x es mux – (-mux) = 2mux.

Antes de que pueda golpear de nuevo la misma pared debe recorrer el camino de ida y vuelta a la de enfrente. Al hacerlo recorre una distancia 2l, donde l es la longitud de arista del cubo. De aquí deducimos que el número de choques con la pared derecha de la molécula en un segundo será ux/2l, por lo cual el cambio de momento por segundo y molécula valdrá:

(2mux)(ux/2l) = mux2/l

Igual variación se produce para esa misma molécula en el plano yz de manera que el cambio total de la cantidad de movimiento por molécula y segundo en la dirección x, es dos veces la cantidad señalada en esta última ecuación. De manera que se explica:

Cambio de Momento / segundo / molécula, en la dirección x = 2(mux2/l)

Ejemplos de Gases estudiados por la Teoría Cinética

Hidrógeno H

Helio He

Neón Ne

Refrigerante 134a

Amoniaco NH3

Dióxido de Carbono CO2

Monóxido de Carbono CO

Aire

Nitrógeno N

Oxigeno O

Citado APA: (A. 2018,02. Teoría cinética de los gases. Revista Ejemplode.com. Obtenido 02, 2018, de http://www.ejemplode.com/37-fisica/4893-teoria_cinetica_de_los_gases.html)

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