Principios Esenciales de Termodinámica y Comportamiento de Gases Ideales
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Conceptos Fundamentales de Termodinámica y Leyes de los Gases
1. El Gas Ideal
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.
2. Leyes de los Gases
Ley de Boyle
La Ley de Boyle establece que el volumen es inversamente proporcional a la presión. Cuando la presión aumenta, el volumen disminuye, mientras que si la presión disminuye, el volumen aumenta.
Ley de Charles
La Ley de Charles indica que el volumen que ocupa un gas es directamente proporcional a su temperatura absoluta, si su presión se mantiene constante. Si la presión de un gas permanece constante, el volumen aumenta si la temperatura se incrementa, y si la temperatura disminuye, también el volumen disminuye.
Ley de Avogadro
La Ley de Avogadro es una ley de los gases que relaciona el volumen y la cantidad de gas a presión y temperaturas constantes. El número de partículas que hay en un mol se llama número de Avogadro, NA, y es 6.023 × 1023 partículas por mol. A presión y temperatura constantes, la misma cantidad de gas tiene el mismo volumen independientemente del elemento químico que lo forme. El volumen (V) es directamente proporcional a la cantidad de partículas de gas (n).
3. Conceptos Clave en Termodinámica
Presión
La presión es una magnitud que mide la fuerza que se aplica en una superficie. Es la fuerza que se ejerce en forma perpendicular por unidad de área.
Termodinámica (Definición Inicial)
La Termodinámica se refiere a la transformación de calor en trabajo mecánico.
Sistema Termodinámico
Un Sistema Termodinámico es una parte del universo que se separa con la finalidad de estudiarla. Para ello, se aísla de sus alrededores a través de límites o fronteras, de tal manera que todo lo que se encuentra fuera de lo limitado se denomina alrededores.
Equilibrio Termodinámico
El Equilibrio Termodinámico se alcanza después de cierto tiempo de poner en contacto un sistema a baja temperatura con otro a mayor temperatura, hasta que se igualan.
Energía Interna
La Energía Interna se define como la suma de la energía cinética y potencial de las moléculas individuales que la conforman.
Pared Adiabática
Una Pared Adiabática no permite la interacción térmica del sistema con los alrededores.
Termodinámica (Definición Ampliada)
La Termodinámica describe los estados de equilibrio termodinámico a nivel macroscópico. Se define como la rama de la física encargada del estudio de la interacción entre el calor y otras manifestaciones de la energía.
Primera Ley de la Termodinámica
La Primera Ley de la Termodinámica establece que la variación de la energía interna de un sistema es igual a la energía que transfieren o reciben los alrededores en forma de calor y trabajo, de forma tal que se cumple que la energía no se crea ni se destruye, sino que solo se transforma.
4. Magnitudes Físicas Fundamentales
Temperatura
La temperatura es una magnitud física que indica la intensidad de calor o frío de un cuerpo, de un objeto o del medio ambiente en general, medido por un termómetro. El concepto de calor está asociado con una temperatura más alta, mientras que el término frío se asocia con una temperatura más baja.
Volumen
El volumen es una magnitud métrica de tipo escalar definida como la extensión en tres dimensiones de una región del espacio.