Principios de Termodinámica y Comportamiento de los Gases Ideales

Fundamentos de la Termodinámica

Termodinámica: Parte de la física que se encarga del estudio del calor desde el punto de vista macroscópico.

Temperatura: Es la cantidad física escalar utilizada para determinar el equilibrio térmico. Se asemeja a la energía (variable de estado).

Termómetro: Instrumento que sirve para medir la temperatura.

El Calor y sus Propiedades

Calor: Es una cantidad física escalar que se asemeja al trabajo (variable de proceso).

Unidades de medida: El calor se mide en el Sistema Internacional en Joule (J). También se expresa en BTU y kWh.

Caloría: Es la cantidad de calor necesario para que un gramo de agua eleve su temperatura de 14.5 °C a 15.5 °C.

Caloría Nutricional (Cal): Equivale a 1000 calorías.

Calor Específico (C): Es la cantidad de calor por unidad de masa que se necesita para que un cuerpo experimente un cambio de temperatura unitario.

Calor Latente (L): Cantidad de calor que debe recibir una masa unitaria para cambiar de fase.

Escalas y Leyes Térmicas

Medición de la temperatura: En el Sistema Internacional se mide en Kelvin (K). Otras unidades de temperatura son: Celsius (°C) y Fahrenheit (°F).

Temperatura Absoluta: En el Sistema Internacional es el Kelvin (K), donde 0 K equivale aproximadamente a -273 °C.

Contacto Térmico: Ocurre cuando dos cuerpos, sin necesidad de contacto físico, intercambian energía entre sí.

Ley Cero de la Termodinámica: Establece que si dos cuerpos están en equilibrio térmico, se encuentran a la misma temperatura.

Dilatación Térmica: Es el cambio de dimensiones de un cuerpo debido al aumento o disminución de temperatura.

Fases o Estados Físicos de los Cuerpos

• Fusión: De sólido a líquido.
• Evaporación: De líquido a gas.
• Sublimación: De gas a iones (plasma).
• Sublimación regresiva: De plasma a gas.
• Condensación: De gas a líquido.
• Solidificación: De líquido a sólido.

Modelo del Gas Ideal

Este modelo se basa en las siguientes premisas:

1. Todas sus moléculas son iguales.
2. Está compuesto por un gran número de moléculas.
3. El volumen molecular es despreciable al compararlo con el volumen total del gas.
4. Las interacciones moleculares son choques elásticos.
5. La temperatura no debe ser muy alta ni muy baja, y la presión no debe ser excesiva.

Leyes de los Gases

Ley de Boyle: La presión de un gas en un recipiente cerrado es inversamente proporcional al volumen del recipiente cuando la temperatura es constante.

Ley de Charles: La temperatura de un gas en un recipiente cerrado es directamente proporcional al volumen del recipiente cuando la presión es constante.

Ley de Gay-Lussac: La temperatura de un gas en un recipiente cerrado es directamente proporcional a la presión cuando el volumen es constante.

Ecuación de Estado y el Mol

Ecuación de Estado de los Gases Ideales: PV = nRT

Mol (n): Cantidad de sustancia que contiene tantas entidades elementales como átomos haya en 12 gramos de carbono-12.

Número de Avogadro: 6.02 x 10²³.