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Iniciación a la Física: El Calor

Autor: Manel Aljama Garcia
Curso:
7,63/10 (8 opiniones) |11848 alumnos|Fecha publicación: 31/03/2005
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Capítulo 3:

 Dilatación en los gases

Idea General

Se consideran tres casos especiales de dilatación en los gases, según permanezcan constantes la presión, el volumen o la temperatura. Se llama cero absoluto, la temparatura ideal de un gas en que no ejerce ninguna presión; se calcula en -273º C.  Las temperatura contadas a partir del cero absoluto son las temperaturas absolutas. La ecuación general de los gases perfectos nos sirve para relacionar en una sola fórmula la temperatura, presión y volumen que actúan sobre un gas, cuando las tres varían.

        

Casos de dialtación en los gases

Los gases son mucho más dilatables que sólidos y líquidos.  Si un gas aumenta de temperatura el movimiento de sus moléculas aumenta, pero si además está contenido en un recipiente; aumnta el choque continuado de esas moléculas con las paredes del recipiente provocando un aumento de presión. Por tanto hay que tener en cuenta: temperatura, volumen y presión.  Se pueden considerar tres casos

 

1.     Dilatación a Presión constante:la presión permanece constante y el aumento de temperatura produce un aumento de volumen.  Es como una dilatación cúbica puesto que aumenta el volumen.  Tendrá su coeficiente de dilatación  de un gas a presión constante y será el aumento que experimenta la unidad de volumen, cuando la temperatura aumenta un grado centígrado: Dilatación en los gases .  Por tanto para hallar el volumen de un gas a t grados basta con multiplicar el volumen que tiene a 0 grados por el binomio de dilatación.

1.     Dilatación a Volumen Constante: El volumen permanece constante y aumenta la presión.   Será coeficiente de dilatación de un gas a volumen constante, el aumento de presión que experimenta la unidad de volumen al aumentar su temperatura en un grado centígrado. Y su fórmula será: Dilatación en los gases

 

2.     Varían la presión y el volumen: aquí se aplica la ley de Boyle-Mariotte que dice que si la temperatura de un gas permanece constante, el volumen que ocupa está en razón inversa de la presión que sobre él actúa. Ver gases perfectos.

 

Temperatura Absoluta

Sabiendo que si aumenta la temperatura de un gas aumenta la presión y que si la temperatarua disminuye la presión también lo hace. Si consideramos que la temperatura de un gas siguiese descendiendo hasta un punto en el cual el gas ya no tienen ninguna presión, este seria el cero absoluto, y se calcula que corresponde a -273º C

 

Si contamos las temperaturas a partir del cero absoluto, se tienen las temperaturas absolutas sumando a la temperatura t del cuerpo,  273 º C.  Esta es la llamada escala Kelvin. Si un cuerpo está a -10ºC estará a 263º Kelvin y si un cuerpo está a 20º C en grados Kelvin lo estár a 293º.

 

Escalas de temperatura

 

 

Fenómeno

Escala Centígrada

Escala Kelvin

Escala Farenheit

ebullición del agua

100º

373º

212º

fusión del hielo

273º

32º

cero absoluto

-273º

-459º

 

 

Leyes de Gay-Lussac

Este científico francés estudio los coeficcientes de dilatación de los gases a volumen constante y a presión constante. Formuló las siguientes leyes:

1.     El coeficiente de dilatación constante de los gases, a presión constante es el mismo para todos.  Este coeficiente es aproximadamente igual a Dilatación en los gases .

 

2.     El coeficiente de dilatación de los gases, a volumen constante es igual en todos ellos y su valor es el mismo que el coeficiente de dilatación a presión constante.

 

Gases perfectos

Los gases ordinarios cumplen las leyes de Boyle-Mariotte y Gay-Lussac dentro de ciertos límites. Deja de ser así cuando las presiones son muy elevadas o las temperaturas muy bajas. Un gas que cumpliera siempre las leyes sería un gas perfecto (inexistente). 

 

Hasta ahora hemos visto:

·       Temperatura constante variando presión y volumen (Boyle-Mariotte)

·       Presión constante variando temperatura y volumen (1ª Gay-Lussac)

·       Volumen constante variando temperatura y presión (2ª Gay-Lussac)

Pero qué ocurre si varían al mismo tiempo temperatura, presión y volumen ?

 

Supongamos un gas que con un volumen V, una presión P y una temperatura t

a)            0º tenga  P0, V0

b)            a t grados P0,  Vt

c)            a t grados P V

 

En a) y b) la presión es la misma, para ello aplicamos 1ª ley Gay-Lussac

Dilatación en los gases  (1)

En b) y c) la temperatura es la misma y ase aplica la ley de Boyle-Mariotte

Dilatación en los gases

Si sustituimos en esta ecuación el valor de Dilatación en los gases  de (1) resulta:   Dilatación en los gases    la ecuación general de los gases perfectos.

 

Aplicaciones

En la industria tiene enorme aplicación: refrigeración, ventilación, descación, etc.

 

Gay-Lussac

Nació en Francia en 1778 y murió en 1850. Fue profesor de la sorbona. Formuló la leyes de dilatación de los gases. Formuló la ley de las proporciones simples: "Los gases se combinan siempre en las proporciones de volúmenes más simples".

 

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