Para realizar el anterior experimento requerimos los siguiente:
Una jeringa
Globos pequeños (cualquier color)
Desarrollo:
En primer lugar sacamos totalmente el émbolo de la jeringa, llenamos un globo de aire y lo introducimos en la jeringa. Luego colocamos el émbolo sin introducirlo del todo y tapamos el agujero pequeño de la jeringa con un dedo. Al empujar el émbolo vemos que disminuye el volumen del globo.
Ahora metemos el globo lleno de aire en la jeringa y colocamos el émbolo introduciéndolo hasta el fondo (sin aplastar el globo). Luego tapamos el orificio pequeño de la jeringa con un dedo y tiramos del émbolo. En este caso vemos que aumenta el volumen del globo.
Explicación: La ley de Boyle establece que, a temperatura constante, el volumen y la presión de un gas son inversamente proporcionales: P.V = constante Primer caso Al empujar el émbolo el aire atrapado en el interior de la jeringa se comprime (disminuye el volumen) y, según la Ley de Boyle, aumenta la presión. Al aumentar la presión externa sobre el globo disminuye su volumen hasta que la presión interna iguale a la presión externa.
Segundo caso Al tirar del émbolo el aire atrapado en el interior de la jeringa se expande (aumenta el volumen) y, según la Ley de Boyle, disminuye la presión. Al disminuir la presión externa al globo aumenta su volumen hasta que la presión interna iguale a la presión externa.
Las leyes de Boyle, Charles
y Gay-Lussac se pueden combinar en una relación única, más general, entre la
presión, el volumen y la temperatura de una cantidad fija de gas:
Esta
relación indica como varia cualquiera de las cantidades P, V o T cuando las
otras dos cambian.
Se
debe tener el efecto de la cantidad, o masa, del gas presente. A temperatura y
presión constantes, el volumen V de un gas encerrado aumenta en proporción
directa a la masa m del gas presente. Por tanto, se puede escribir:
Los experimentos muestran que dicha constante tiene distintos valores
para diferentes gases. Sin embargo, sucede que es la misma para todos si en
lugar de la masa m, usamos el número de moles.
La proporción anterior se escribe como una
ecuación:
El
término ideal se usa porque los gases reales no siguen con exactitud la
ecuación del gas ideal, en especial a
presiones altas o cuando están cerca del punto de condensación. Sin embargo, a
presiones del orden de 1 atm o menos, y cuando T no está cerca del punto de
condensación del gas, la ecuación es bastante exacta.
Bibliografía:
Douglas c. Giancolli"principios y aplicaciones" cuarta edicion ed. Prentice hall
El volumen de un gas depende
mucho de la presión y también de la temperatura. Es necesario determinar una
relación entre el volumen, la presión y la temperatura y la masa del gas. A
esta relación se le llama ecuación de
estado. “estado es la condición física de un sistema”
Si el estado de un sistema
cambia, se espera que la ´presión y la temperatura alcancen los mismos valores
en todo el sistema.
Para una cantidad determinada de gas, el volumen de gas es inversamente
proporcional a la presión que se aplica cuando se mantiene constante a la
temperatura.
LEY DE BOYLE
Si la presión de un gas se
duplica, el volumen se reduce a la mitad de su valor original.
A una temperatura constante,
si se permite la variación de la presión o el volumen del gas, la otra variable
también cambia de modo que el producto PV permanece constante.
Se muestra la relación inversa como está dada en la ley de Boyle: a medida que aumenta el volumen, la presión disminuye.
Establece
que a volumen constante, la presión de un gas es directamente proporcional a su
temperatura .
Las leyes de Boyle, Charles y Gay-Lussac sólo
son aproximaciones para los gases reales, siempre y cuando la presión y la
densidad del gas no sean demasiado altas, y el gas no esté demasiado a su
condensación. Da clic en el siguiente enlace para realizar una actividad de "LEY DE GAY-LUSSAC"
Bibliografía:
Douglas c. Giancolli"principios y aplicaciones" cuarta edicion ed. Prentice hall
LEYES DE LOS GASES A PARTIR DE LA
TEORÍA CINÉTICA.
La teoría cinética de los
gases es una teoría que se basa en la descripción a nivel molecular del gas
para derivar las propiedades macroscópicas de la materia gaseosa, por lo cual
constituye una rama de la mecánica estadística.
La teoría
cinética empezó con la deducción, a mediados del s. XVIII, por Daniel Bernoulli
(1700–1782), de la ley de Boyle usando las leyes de Newton del movimiento
aplicadas a las moléculas. Sin embargo, su trabajo fue ignorado y rechazado
durante mucho tiempo.
LEYES
DE LOS GASES
En general,
el volumen de cualquier sustancia sólida, líquida o gaseosa viene determinado
por la presión y la temperatura a la cual se halla dicha sustancia. Existe una
relación matemática entre el volumen, la presión y la temperatura para una
cantidad dada de materia; esta relación se denomina ecuación de estado y, en
general, se simboliza por: V = V( n, R, T).
Para sólidos
y líquidos, estas ecuaciones pueden llegar a ser muy complicadas en general, y
muy particulares para cada sustancia; en el caso de los gases, la situación es
más sencilla. La determinación de la ecuación de estado para los gases implica
medidas experimentales de presión, volumen y temperatura.
LEY DE BOYLE
La relación aritmética entre la presión y el
volumen para una determinada cantidad de gas a una determinada temperatura fue
estudiada por Robert Boyle (1627–1691). Boyle descubrió que el producto de la
presión por el volumen es un valor constante para una cantidad de gas fija
trabajando en condiciones isotérmicas. Esta relación de presión y volumen
inversamente proporcionales entre sí se cumple muy bien cuando la densidad del
gas es pequeña, es decir, cuando se trabaja a presiones muy bajas o a volúmenes
muy grandes.
LEY DE CHARLES
Cuando
experimentalmente se investiga la dependencia del volumen de un gas respecto a
la temperatura trabajando a presión constante (condiciones isobáricas), se
observa que el volumen aumenta linealmente con la temperatura para una cantidad
fija de gas. Estos estudios fueron realizados, de forma independiente, por
Jacques Charles (1746–1823) y por Joseph–Louis Gay–Lussac (1778–1850).
TEORÍA CINÉTICA-MOLECULAR DE LOS
GASES
En 1738 Daniel Bernouilli dedujo la Ley de Boyle aplicando a las
moléculas las leyes del movimiento de Newton, pero su trabajo fue ignorado
durante más de un siglo.
Los
experimentos de Joule demostrando que el calor es una forma de energía hicieron
renacer las ideas sostenidas por Bernouilli y en el período entre 1848 y 1898,
Joule, Clausius, Maxwell y Boltzmann desarrollaron la teoría
cinético-molecular, también llamada teoría cinética de los gases, que se basa
en la idea de que todos los gases se comportan de la misma manera en lo referente
al movimiento molecular.
En 1905
Einstein aplicó la teoría cinética al movimiento browniano de una partícula
pequeña inmersa en un fluido y sus ecuaciones fueron confirmadas por los
experimentos de Perrín en 1908, convenciendo de esta forma a los energéticos de
la realidad de los átomos. La teoría cinética de los gases utiliza una
descripción molecular para explicar el comportamiento macroscópico de la
materia y se basa en los siguientes postulados:
1. Las
sustancias están constituidas por moléculas pequeñísimas ubicadas a gran
distancia entre sí; su volumen se considera despreciable en comparación con los
espacios vacíos que hay entre ellas.
2. Las
moléculas de un gas son totalmente independientes unas de otras, de modo que no
existe atracción intermolecular alguna.
3. Las
moléculas de un gas se encuentran en movimiento continuo, en forma desordenada;
chocan entre sí y contra las paredes del recipiente, de modo que dan lugar a la
presión del gas.
4. Los
choques de las moléculas son elásticos, no hay pérdida ni ganancia de energía
cinética, aunque puede existir transferencia de energía entre las moléculas que
chocan.
5. La energía
cinética media de las moléculas es directamente proporcional a la temperatura
absoluta del gas; se considera nula en el cero absoluto. Los gases reales
existen, tienen volumen y fuerzas de atracción entre sus moléculas. Además,
pueden tener comportamiento de gases ideales en determinadas condiciones:
temperaturas altas y presiones muy bajas.
Estos son algunos ejemplos donde se
puede apreciar con claridad el movimiento de tipo Browniano de algunas
partículas, cuando un día vamos al cine y observamos en la oscuridad el
haz de luz que emite el proyector, nos daremos cuenta de que hay muchas
partículas, muy pequeñas, que se están moviendo incesantemente. Veremos que lo
hacen en forma zigzagueante y en todas direcciones. Observaremos que ¡también
se mueven hacia arriba! ¿Qué partículas son éstas? Sencillamente son las
partículas de polvo que hay en el aire.
Observemos con cuidado la bocanada de
humo que lanza al aire un fumador. Veremos que está compuesta de pequeñísimas
partículas que se están moviendo continuamente en todas las direcciones,
también en zigzag.
Otro caso es el siguiente: Póngase
polvo de color en un vaso y luego, poco a poco, viértase agua sobre él.
Observaremos que las partículas de polvo, una vez que empiezan a estar en
contacto con el líquido se mueven en forma incesante, accidentada y en todas
las direcciones. En particular veremos que se mueven también ¡hacia arriba! Si
esperamos un intervalo de tiempo lo suficientemente grande nos daremos cuenta
de que el polvo se mezcla con el agua, formando lo que se llama una suspensión.
Esta mezcla con el tiempo se homogeniza sin que ocurra, como uno esperaría
intuitivamente, que las partículas de polvo caigan y se depositen en el fondo
del vaso. Veremos que algunas partículas efectivamente caen, pero hay otras que
suben.
El hecho común en estos tres casos es
que partículas muy pequeñas se hallan inmersas en un fluido. En el caso del haz
de luz del cine, el fluido es el aire de la sala; en el caso del fumador, el
fluido es también el aire de la atmósfera y en el tercer caso, el fluido es el
agua.
El movimiento descrito arriba, que
lleva a cabo una partícula muy pequeña que está inmersa en un fluido, se llama
movimiento browniano. Este movimiento se caracteriza por ser continuo y muy
irregular La trayectoria que sigue la partícula es en zigzag.
El aire puede levantar un jet o tirar un edificio. Como hemos visto en la anteriores publicaciones , el aire contiene moléculas y átomos gaseosos en movimiento constante. Las partículas chocan entre ellas y con las superficies alrededor de ellas. Cada colisión ejerce muy poca fuerza, pero cuando las fuerzas de la mayoría de las partículas se suman, rápidamente se juntan. Como hemos visto, el resultado de las colisiones constantes entre los átomos o las moléculas en un gas y las superficies alrededor de ellas es la presión. Debido a la presión, podemos beber con popotes, inflar pelotas de futbol y mover aire dentro y fuera de los pulmones. La variación en la presión de la atmósfera terrestre crea el viento y los cambios en la presión nos ayudan a predecir el clima. La presión está alrededor de nosotros y dentro de nosotros. La presión como hemos visto, es la magnitud escalar que relaciona la fuerza con la superficie sobre la cual actúa, es decir,equivale a la fuerza que actúa sobre la superficie.
Presión
Presión sanguínea.
La presión sanguínea es la fuerza dentro de las arterias que conduce la circulación de la sangre a través del cuerpo. La presión sanguínea en el cuerpo es análoga a la presión de agua en un sistema de bombeo. Así como la presión de agua empuja el agua a través de tubos, conexiones y mangueras a través de la casa, la presión sanguínea empuja sangre a los músculos y otros tejidos a través del cuerpo.
No obstante, a diferencia de la presión de agua en una tubería – que típicamente es constante – nuestra presión sanguínea varía con cada latido. Cuando el musculo del corazón se comprime, la presión sanguínea se eleva; entre las contracciones disminuye. Así como la presión excesiva de agua en la tubería puede dañara, así la presión sanguínea alta puede dañar al corazón o las arterias, resultando en un riesgo de ataque cardiaco.
Los profesionales médicos miden normalmente la presión con un instrumentos llamado baumanometro – una faja inflable adaptado a un manómetro – y un estetoscopio. La faja se ajusta al rededor del brazo del paciente y se infla con aire. Conforme se bombea el aire en la faja, la presión aumenta. La faja se aprieta al rededor del brazo y comprime la arteria, detiene momentáneamente el flujo de sangre. La persona que está midiendo la presión sanguínea escucha la arteria a través del estetoscopio mientras libera lentamente el aire en la faja. Cuando la presión en la faja iguala la presión sistólica (el pico de presión), se escucha un pulso en el estetoscopio. El pulso es el sonido de la sangre que llega a la arteria después de una contracción del corazón. La lectura de presión en el momento exacto es la presión sistólica de la sangre. Como la presión en la faja continúa disminuyendo, la sangre puede fluir a través de la arteria presionada, aún entre contracciones, hasta que el sonido de los pulsos se detienen (presión baja).
Una medida de presión sanguínea se reporta usualmente como dos presiones en mmHg separados por una diagonal. Por ejemplo, una presión sanguínea de 122/84 indica que la presión sistólica es de 122 mmHg y la presión diastólica de sangre es de 84 mmHg. Aún así el valor de la presión sanguínea puede variar a través del día, una valor sano (o normal) se considera debajo de 120 mmHg para la sístolica y bajo 80 mmHg para la diastólica. La presión sanguínea alta, también llamada hipertensión aumenta el riesgo ya mencionado.
Los factores de riesgo para la hipertensión incluyen obesidad, consumo elevado de sal (cloruro de sodio), alto consumo de alcohol, poco ejercicio, estrés, historia familiar de presión alta y la edad (la presión sanguínea tiende a incrementarse cuando se envejece). La hipertensión no severa puede tratarse con dieta y ejercicio, pero los casos de hipertensión moderada y severa requieren medicación prescrita por un médico.
En física, la presión es la medida de la fuerza sobre unidad de superficie. Cuya fórmula es:
Presión= Fuerza/Área.
En general se cree que hay más presión si las partículas se encuentran en estado sólido, si se encuentran en estado líquido es mínima la distancia entre una y otra y por último si se encuentra en estado gaseoso se encuentran muy distantes.
La presión que ejerce un gas sobre las paredes del recipiente que lo contiene son debidas a los choques que tienen lugar entre las partículas del gas y dichas paredes. La variación de la presión de un gas encerrado en un recipiente puede tener lugar por alguna de estas razones:
Por una variación de la temperatura manteniendo constante el volumen del recipiente que contiene el gas:
Un aumento de la temperatura aumenta la energía cinética media de las partículas, lo que provoca una mayor velocidad de las mismas y una mayor intensidad en los choques contra las paredes: aumenta la presión del recipiente que contiene el gas.
Un enfriamiento disminuirá la energía cinética media y las partículas chocaran con menos intensidad contra las paredes: disminuye la presión del recipiente que contiene el gas.
Por una variación del volumen que contiene el gas manteniendo constante la temperatura:
Si disminuye el volumen, las partículas se concentran y chocan con más frecuencia contra las paredes del recipiente que las contiene: aumenta la presión sobre las paredes del recipiente.
Si aumenta el volumen, las partículas se separan, tienen más volumen donde moverse y habrá menos partículas que choquen con las paredes del recipiente que contiene el gas: disminuye la presión del recipiente.
En efecto, para un gas ideal con Nmoléculas, cada una demasamy moviéndose con unavelocidad aleatoria promediovrmscontenido en un volumen cúbicoVlas partículas del gas impactan con las paredes del recipiente de una manera que puede calcularse de manera estadística intercambiandomomento linealcon las paredes en cada choque y efectuando unafuerzaneta por unidad de áreaque es la presión ejercida por el gas sobre la superficie sólida.
(gas ideal)