Leyes de los gases

En el estado gaseoso la fuerza de cohesión de las moléculas es muy pequeña, prácticamente nula, lo cual permite que estas se muevan libremente y en todas direcciones a comparacion de cualquier otro estado de agregación.

Antes de entrar de lleno en el estudio de las leyes que explican el comportamiento de los gases, veamos cómo influyen en este los eventos físicos que los alteran y que son: temperatura, presión y volumen, además de la cantidad de que se trate.

Temperatura
La temperatura (T) ejerce gran influencia sobre el estado de las moléculas de un gas aumentando o disminuyendo la velocidad de las mismas. Para trabajar con nuestras fórmulas siempre expresaremos la temperatura en grados Kelvin. Cuando la escala usada esté en grados Celsius, debemos hacer la conversión, sabiendo que 0º C equivale a + 273,15 º Kelvin.

Presión

En Física, presión (P) se define como la relación que existe entre una fuerza (F) y la superficie (S) sobre la que se aplica, y se calcula con la fórmula



Lo cual significa que la Presión (P) es igual a la Fuerza (F) aplicada dividido por la superficie (S) sobre la cual se aplica.

En nuestras fórmulas usaremos como unidad de presión la atmósfera (atm) y el milímetro de mercurio (mmHg), sabiendo que una atmósfera equivale a 760 mmHg.

Volumen

Recordemos que volumen es todo el espacio ocupado por algún tipo de materia. En el caso de los gases, estos ocupan todo el volumen disponible del recipiente que los contiene.

Hay muchas unidades para medir el volumen, pero en nuestras fórmulas usaremos el litro (L) y el milílitro (ml). Recordemos que un litro equivale a mil milílitros:

1 L = 1.000 mL

También sabemos que 1 L equivale a 1 decímetro cúbico (1 dm3) o a mil centímetros cúbicos (1.000 cm3) , lo cual hace equivalentes (iguales) 1 mL con 1 cm3:

1 L = 1 dm3 = 1.000 cm3 = 1.000 mL

1 cm3 = 1 mL


Cantidad de gas
Otro parámetro que debe considerarse al estudiar el comportamiento de los gases tiene que ver con la cantidad de un gas la cual se relaciona con el número total de moléculas que la componen.

Para medir la cantidad de un gas usamos como unidad de medida el mol.

Como recordatorio diremos que un mol (ya sea de moléculas o de átomos) es igual a 6,022 por 10 elevado a 23:

1 mol de moléculas = 6,022•1023

1 mol de átomos = 6,022•1023


http://www.profesorenlinea.cl/fisica/GasesLeyes.htm

Ahora bien veamos las leyes de estos:


La Ley de Boyle:

Boyle fué un químico inglés, nacido en Irlanda. Pionero de la experimentación en el campo de la química, en particular en lo que respecta a las propiedades de los gases, los razonamientos de Robert Boyle sobre el comportamiento de la materia a nivel corpuscular fueron los precursores de la moderna teoría de los elementos químicos.

Estableció que la presión de un gas en un recipiente cerrado es inversamente proporcional al volumen del recipiente, cuando la temperatura es constante.

La Ley de Charles:


Físico y químico francés. Profesor de física en el Conservatorio de Artes y Oficios de París, en 1783, conjuntamente con los hermanos Robert, construyó el primer globo propulsado por hidrógeno, capaz de alcanzar altitudes superiores a un kilómetro.

En 1787 descubrió la relación entre el volumen y la temperatura de un gas a presión constante, aunque hasta 1802 no publicó sus resultados, que pasarían a ser conocidos como «ley de Charles y Gay-Lussac».

Ley de Gay Lussac:

Físico francés. Se graduó en la École Polytechnique parisina en 1800. Abandonó una posterior ampliación de sus estudios tras aceptar la oferta de colaborador en el laboratorio de Claude-Louis Berthollet, bajo el patrocinio de Napoleón.

En 1802 observó que todos los gases se expanden una misma fracción de volumen para un mismo aumento en la temperatura, lo que reveló la existencia de un coeficiente de expansión térmica común.

Por último les agregaré la ley general del estado gaseoso:

La ley general del estado gaseoso es una combinación de las leyes de Boyle, Charles y Gay-Lussac.La cual explica que el volumen ocupado por la unidad de masa de un gas ideal, es directamente proporcional a su temperatura absoluta, e inversamente proporcional a la presión que se recibe.

Y aqui un video en forma de resumen de todo esto que acabamos de ver:

Escalas de Temperatura

La temperatura es una magnitud física que expresa el grado o nivel de calor o frío de los cuerpos o del ambiente. En el sistema internacional de unidades, la unidad de temperatura es el Kelvin. A continuación, de forma generalizada, hablaremos de otras unidades de medida para la temperatura.
 En primer lugar podemos distinguir, por decirlo así, dos categorías en las unidades de medida para la temperatura: absolutas y relativas.

A continuacion les muestro las escalas termométricas:

- Absolutas son las que parten del cero absoluto, que es la temperatura teórica más baja posible, y corresponde al punto en el que las moléculas y los átomos de un sistema tienen la mínima energía térmica posible.
- Kelvin (sistema internacional): se representa por la letra K y no lleva ningún símbolo "º" de grado. Fue creada por William Thomson, sobre la base de grados Celsius, estableciendo así el punto cero en el cero absoluto (-273,15 ºC) y conservando la misma dimensión para los grados. Esta fue establecida en el sistema internacional de unidades en 1954.

- Relativas por que se comparan con un proceso fisicoquímico establecido que siempre se produce a la misma temperatura.
- Grados Celsius (sistema internacional): o también denominado grado centígrado, se representa con el símbolo ºC. Esta unidad de medida se define escogiendo el punto de congelación del agua a 0º y el punto de ebullición del agua a 100º , ambas medidas a una atmósfera de presión, y dividiendo la escala en 100 partes iguales en las que cada una corresponde a 1 grado. Esta escala la propuso Anders Celsius en 1742, un físico y astrónomo sueco.
- Grados Fahrenheit (sistema internacional): este toma las divisiones entre los puntos de congelación y evaporación de disoluciones de cloruro amónico. Así que la propuesta de Gabriel Fahrenheit en 1724, establece el cero y el cien en las temperaturas de congelación y evaporación del cloruro amónico en agua. Este utilizo un termómetro de mercurio en el que introduce una mezcla de hielo triturado con cloruro amónico a partes iguales. Esta disolución salina concentrada daba la temperatura más baja posible en el laboratorio, por aquella época. A continuación realizaba otra mezcla de hielo triturado y agua pura, que determina el punto 30 ºF, que después fija en 32 ºF (punto de fusión del hielo) y posteriormente expone el termometro al vapor de agua hirviendo y obtiene el punto 212 ºF (punto de ebullición del agua). La diferencia entre los dos puntos es de 180 ºF, que dividida en 180 partes iguales determina el grado Fahrenheit.
- Grados Rankine: Una segunda escala absoluta, denominada escala Rankine, sigue empleándose a veces a
pesar de los esfuerzos de varias organizaciones para eliminar su uso totalmente. El grado Rankine se
incluye en este texto únicamente para atender el panorama completo de éste tema. Tiene su punto de
cero absoluto a -460 ºF, y los intervalos de grado son idénticos al intervalo de grado Fahrenheit.

http://www.how-to-study.com/study-skills/es/matematicas/escalas-de-temperatura.asp

Ahora les muestro las formulas para convertir una temperatura a otra:

Kelvin

de Kelvin a Kelvin
Celsius °C = K – 273.15 K = °C + 273.15
Fahrenheit °F = ( 9/5 K ) – 459.67 K = 5/9 ( °F + 459.67 )
Rankine °R = 9/5 K K = 5/9 °R

Celsius

de Celsius a Celsius
Fahrenheit °F = ( 9/5 °C ) + 32 °C = 5/9 ( °F – 32)
Kelvin K = °C + 273.15 °C = K – 273.15
Rankine °R = 9/5 ( °C + 273.15 ) °C = 5/9 ( °R – 491.67 )

Fahrenheit

de Fahrenheit a Fahrenheit
Celsius °C = 5/9 ( °F – 32) °F = ( 9/5 °C ) + 32
Kelvin K = 5/9 ( °F + 459.67 ) °F = ( 9/5 K ) – 459.67
Rankine °R = °F + 459.67 °F = °R – 459.67

Rankine

de Rankine a Rankine
Celsius °C = 5/9 ( °R – 491.67 ) °R = 9/5 ( °C + 273.15 )
Fahrenheit °F = ( 9/5 K ) – 459.67 °R = °F + 459.67
Kelvin K = 5/9 °R °R = 9/5 K

Tambien pueen ver este video el cual da un ejemplo de como llevar a cabo estas formulas:

Radiación Solar

 La energía que emite el sol o radiación solar, recibida en la superficie terrestre, es la fuente de casi todos los fenómenos meteorológicos y de sus variaciones en el curso del día y del año.

Se trata de un proceso físico, por medio del cual se transmite energía en forma de ondas electromagnéticas, en línea recta, sin intervención de una materia intermedia, a 300.000 km por segundo.

Cuando esta radiación alcanza el límite superior de la atmósfera está formada por rayos de distinta longitud de onda:

>Los rayos ultravioletas: no son visibles y tienen muy pequeña longitud de onda.

>Los rayos luminosos: son los únicos visibles; su longitud de onda corresponde al violeta y al rojo, respectivamente, ya que varía entre 0,36 y 0,76 micrones.

>Los rayos térmicos o caloríferos: tampoco son visibles y su longitud de onda es mayor de 0,76 micrones. >Son los rayos infrarrojos.

La intensidad calorífica de la radiación solar, medida en el límite superior de la atmósfera, es por lo general constante en el tiempo.

El valor de la radiación solar para un cm cuadrado, expuesto perpendicularmente a los rayos solares en el límite superior de la atmósfera, es de dos calorías por minuto, aproximadamente. Este valor se llama Constante Solar.

http://www.oni.escuelas.edu.ar/olimpi97/imagen/espinal/radiacin.htm

¿Cómo se mide la intensidad de esta radiación?

Intensidad de la Radiación solar =

Potencia 

Área

Esto quiere decir que la potencia que son los kilowatts (Kw) se divide entre el área (metros cuadrados = mts) que está recibiendo la radiación solar. Y para esto tenemos que saber cuál es la potencia en Kw.

¿Cómo?

Potencia=

Energía liberada

Tiempo

Esto significa que la energía liberada que son 58.8 kilojulios (Kj) se va dividir entre el tiempo (en segundos) en el que se recibió la radiación , y así sabremos con que potencia llegó la radiación.