Física I Walter Lewin HD - Física I Lección 33 Teoría Cinética de los Gases Ley de los Gases IdealesTransición de Fase

1. Introducción a la Ley de Gas Ideal y número de Avogadro: (00:00) Los líquidos son casi incompresibles, pero los gases no; la densidad de los gases puede aumentarse con relativa facilidad aumentando la presión, pero ese no es el caso de los líquidos. La ley de los gases ideales es presentada y explicada; es una buena aproximación para la compresibilidad de la mayoría de los gases. El número de Avogadro es el número de moléculas / mol, y se define como el número de átomos en 12 gramos de carbono12. 2. Ideas sobre la ley del gas ideal: (06:40) La ley de los gases ideales predice que el volumen de un mol de gas para una temperatura y presión dada es independiente de la masa molecular del gas. La transferencia de impulso por segundo desde las moléculas de gas a las paredes de los vasos es proporcional a mv ^ 2 (que es una reminiscencia de la energía cinética de las moléculas). Esto es proporcional a la presión del gas. Si dos gases diferentes tienen la misma temperatura, las moléculas deben tener la misma energía cinética de traslación. Por lo tanto, las moléculas con la masa más baja deben tener, en promedio, la velocidad más alta. 3. Ley de gas ideal aplicada experimentalmente: (14:50) Una demostración de la ley de los gases ideales utiliza un manómetro que mide la sobrepresión (la presión que excede la presión atmosférica). La temperatura de un número fijo de moléculas de aire en un volumen fijo se incrementa desde la temperatura del hielo en fusión (273 K, presión = 1atm) hasta la temperatura del agua hirviendo (373 K). El aumento de presión resultante se mide. 4. Diagramas de fase y transiciones de fase: (22:25) Introducción a diagramas de fase y transiciones de fase. Tomando un gas a una temperatura constante, y usando un pistón para aumentar su presión, el volumen de gas se disminuye a medida que la presión aumenta hasta que se aproxima a la transición de fase líquida gaseosa. A presión constante de una atmósfera, pero al aumentar la temperatura, comienzas con hielo a baja temperatura, que se convierte en agua líquida a 273 K, y el agua hierve a 373 K, y se convertirá en vapor de agua (gas) por encima de esta temperatura. 5. Un extintor de incendios: (26:06) Un extintor está lleno de CO2. Dadas las dimensiones del tanque (es decir, su volumen), la temperatura ambiente (293 K), la masa de CO2 en el extintor (de la etiqueta) y la ley de los gases ideales (esta ley solo es válida si solo hay gas dentro y NO líquido), la presión se calcula dentro del cilindro. Se concluye que no puede ser solo gas, también debe haber CO2 líquido en el extintor de incendios. El diagrama de fase para C02 muestra una transición de fase a 60 atm a 293 K; el gas y el líquido de CO2 coexistirían en equilibrio térmico a temperatura ambiente y 60 atm. Si tratara de comprimir aún más a temperatura ambiente, más gas se convertiría en líquido, pero la presión permanecería en 60 atm hasta que todo el gas se convirtiera en líquido (después de lo cual la presión puede aumentar). 6. Agua hirviendo - Parte 1: (30:35) En la clase 27 se habló de la presión hidrostática, los submarinos de sobrepresión deben sobrevivir a medida que se adentran más en el agua. Por el contrario, la presión atmosférica (barométrica) debería disminuir al aumentar la altitud, pero con una dependencia de altura diferente (porque el aire es compresible, su densidad cambia con la presión). Se resuelve una ecuación diferencial para determinar que en una atmósfera isotérmica la presión disminuye exponencialmente con la altitud. En consecuencia, el punto de ebullición del agua disminuye con la altitud. Se muestra una demostración de agua hirviendo a temperatura ambiente pero baja presión. 7. Agua hirviendo - Parte 2: (41:57) Mientras espera que disminuya la presión en la campana, el Profesor Lewin comienza una segunda demostración, hirviendo el agua (373 K y 1 atm) en una lata para que el aire en la lata se desplace por el vapor de agua (luego sella la lata, y deja que se enfríe). Dentro de la lata hay agua líquida y vapor de agua en equilibrio térmico, a medida que la lata se enfría, el vapor se condensa en líquido y la presión en la lata disminuye; la presión en la lata debería caer a aproximadamente 17 mm Hg (aproximadamente 0.02 atm) a medida que la lata se enfría a temperatura ambiente. La lata implosiona debido a la fuerza externa de la presión atmosférica. Mientras tanto, el agua en la campana hierve a temperatura ambiente. 8. Globos de Helio (46:42) Una tercera demostración incluye globos llenos de aire que se contraen mucho más de lo que ingenuamente predijo utilizando la ley de los gases ideales. ¿Que esta pasando? Help us caption & translate this video! https://amara.org/v/pxXK/