Teoría cinética de los gases. Ecuación de van der Waals

Teoría cinética de los gases:

- Con la llegada de la teoría atómica de la materia, las leyes empíricas antes mencionadas obtuvieron una base microscópica.  El volumen de un gas refleja simplemente la distribución de posiciones de las moléculas que lo componen.

- Más exactamente, la variable macroscópica V representa el espacio disponible para el movimiento de una molécula. La presión de un gas, que puede medirse con manómetros situados en las paredes del recipiente, registra el cambio medio de momento lineal que experimentan las moléculas al chocar contra las paredes y rebotar en ellas.

- La temperatura del gas es proporcional a la energía cinética media de las moléculas, por lo que depende del cuadrado de su velocidad.  La reducción de las variables macroscópicas a variables mecánicas como la posición, velocidad, momento lineal o energía cinética de las moléculas, que pueden relacionarse a través de las leyes de la mecánica de Newton, debería de proporcionar todas las leyes empíricas de los gases.  En general, esto resulta ser cierto.

- La teoría física que relaciona las propiedades de los gases con la mecánica clásica se denomina teoría cinética de los gases.  Además de proporcionar una base para la ecuación de estado del gas ideal, la teoría cinética también puede emplearse para predecir muchas otras propiedades de los gases, entre ellas la distribución estadística de las velocidades moleculares y las propiedades de transporte como la conductividad térmica, el coeficiente de difusión o la viscosidad.

Ecuación de van der Waals:

La ecuación de estado del gas ideal no es del todo correcta: los gases reales no se comportan exactamente así.

-En algunos casos, la desviación puede ser muy grande.  Por ejemplo, un gas ideal nunca podría convertirse en líquido o sólido por mucho que se enfriara o comprimiera. Por eso se han propuesto modificaciones de la ley de los gases ideales, pV = nRT.  Una de ellas, muy conocida y particularmente útil, es la ecuación de estado de van der Waals:

Física - Ecuación de van der Waals

Donde v = V/n, y a y b son parámetros ajustables determinados a partir de medidas experimentales en gases reales.

- Son parámetros de la sustancia y no constantes universales, puesto que sus valores varían de un gas a otro.

- La ecuación de van der Waals también tiene una interpretación microscópica.  Las moléculas interaccionan entre sí.  La interacción es muy repulsiva a corta distancia, se hace ligeramente atractiva a distancias intermedias y desaparece a distancias más grandes.  La ley de los gases ideales debe corregirse para considerar las fuerzas atractivas y repulsivas.  Por ejemplo, la repulsión mutua entre moléculas tiene el efecto de excluir a las moléculas vecinas de una cierta zona alrededor de cada molécula.  Así, una parte del espacio total deja de estar disponible para las moléculas en su movimiento aleatorio.

-En la ecuación de estado, se hace necesario restar este volumen de exclusión (b) del volumen del recipiente; de ahí el término (v - b).

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Las intensidades que puede captar el oído humano varían entre I0-12 W/m2 y 1 W/m2 (un factor enorme de 1012). El oído humano percibe la intensidad de un sonido como una sensación subjetiva de sonoridad. Sin embargo, si la intensidad se duplica, la sonoridad no se incrementa por un factor de 2. Experimentos realizados por vez primera por A. G. Bell mostraron que para duplicar la sonoridad, la intensidad del sonido debe aumentarse aproximadamente en un factor de 10.

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