CAPITULO CAPITULO 18 PROPIEDADES TÉRMICAS DE LA MATERIA Preguntas para análisis
18.1 Ya Ya que al evaporarse no serian condiciones condiciones normales, y entonces entonces se tiene que tomar en cuenta que la energia interviene.
18.2 En la ecuación del gas ideal, !"d#$a e%!lea#se la &e%!e#a&u#a Celsius e'ui(alen&e en luga# de la &e%!e#a&u#a )el(in si se usa#a un (al"# nu%*#ic" a!#"!iad" de la c"ns&an&e R+P"# 'u*+ Si. La letra R es la constante de los gases o constante del gas ideal; y su valor numérico numér ico depende de las unidades de P, P, V, V, T. T. En unidades unidade s de SI, con P en Pa ( Pa!"#
m
2
3
$ y el volumen en
m
, el me% me%or valo alor de R es &.' &.') )* *
J / ( mol∗° K ) ) .
En c+lc c+lcul ulos os u-m u-mic icos os los los vol volme mene nes s suel suelen en e/pr e/pres esar arse se en litr litros os y en atm0s1eras y ser-a R! 2.2&*23
atm∗ L mol∗° K .
18.. En una n"c-e #$a !"de%"s /(e# nues&#" alien&"0. Es (e#dad es&" es&"+ + u* u* (e% (e%"s #eal% eal%en en&e &e+ + Es& Es&e e en enó%en ó%en" " de!e de!en nde de la &e%!e#a&u#a del ai#e, de la -u%edad, " de a%as c"sas+, E3!li'ue. No, Gases (condensación) De ambas cosas La condensación ocurre cuando el aire caliente, entra en contacto con una zona ms !r"a. #l aire contiene una cierta proporción de vapor de agua, cuando el air aire cali calient ente e que que cont contie iene ne muc$ muc$a a prop propor orci ción ón de mol% mol%cu cula las s de vapo vaporr se encuentra con una super&cie !r"a el vapor se condensa !ormando agua l"quida sobre esa super&cie. 'uando el aire $medo que se e$ala de los pulmones se encuentra con el !rió del ambiente, condensa su $umedad en miles de gotitas de agua que son visibles al salir de la boca.
18.4. Cuand" se c"nduce un au&"%ó(il a cie#&a dis&ancia, la !#esión del ai#e en l"s neu%5&ic"s au%en&a. P"# 'u*+ Es ac"nse6ale e3&#ae# ai#e !a#a #educi# la !#esión+ P"# 'u*+
La presión aumenta porque la temperatura sube a un volumen constante. No es aconse*able etraer aire porque al volver a la temperatura normal los neumticos quedar"an muy desin+ados.
18.7. El #e#ige#an&e de un #adiad"# de au&"%ó(il se %an&iene a una !#esión %a"# 'ue la a&%"s*#ica. P"#'u* es deseale es&"+ La &a!a del #adiad"# lie#a #e#ige#an&e si la !#esión %an"%*&#ica de *s&e alcan9a cie#&" (al"#, !"# l" #egula# 17l:in 2. P"# 'u* n" si%!le%en&e se sella el sis&e%a+ #n un radiador de automóvil la presión interior debe ser siempre mayor que la presión eterior, esto se debe a que si la presión atmos!%rica es mayor que la presión en el radiador %ste podr"a llegar a comprimirse o aplastarse. La presión es inversamente proporcional al volumen, por lo cual si la presión $a disminuido y $a alcanzado el valor de -lbin / el volumen aumenta razón por la cual la tapa del radiador libera re!rigerante. Debido a esta relación entre la presión y el volumen el sistema no puede simplemente sellarse porq en ese caso considerar"amos que el volumen se mantendr constante.
18.; La c"%ida n" en(uel&a 'ue se encuen&#a en un c"ngelad"# su#e des-id#a&ación, c"n"cida c"%" /'ue%adu#a de c"ngelad"#0. P"# 'u*+ 0u!re des$idratación por eceso de !rio que va directamente a la comida, la comida no tiene un aislante que lo cubra y permanezca bien.
18.< La /li"=li9ación0 i%!lica el %is%" !#"ces" 'ue la /'ue%adu#a de c"ngelad"#0 %enci"nada en la !#egun&a an&e#i"#. Pa#a li"=li9a# la c"%ida es&a gene#al%en&e se c"ngela, se c"l"ca en una c5%a#a al (aci" se i##adia c"n in#a##"6" P"# 'ue se usa (aci"+ P"# 'u* se usa #adiación+ u* (en&a6as !"d#$a &ene# la li"=li9ación s"#e el secad" "#dina#i"+ 0e usa el vacio para que la comida no tenga un medio con el que reaccione y se des$idrate. 0e usa radiación por es la nica !orma de transmitir temperatura a trav%s del vacio, por que la conducción y convección necesitan de un medio. La venta*a seria que con la lio&lización la comida no se des$idratar"a y durar"a ms tiempo !resca1 caso contrario al de que se seque ordinariamente en el que se des$idratar"a muy rpido.
18.8. A g#"u! " s&uden&s d#"(e #"% &-ei# uni(e#si& >nea# sea le(el? u! in&" &-e %"un&ains "# a s@iing ee@end. U!"n a##i(ing a& &-e sl"!es, &-e disc"(e#ed &-a& &-e ags " !"&a&" c-i!s &-e -ad #"ug-& "# snac@s -ad all u#s& "!en. B-a& caused &-is &" -a!!en+ #sto sucede debido a que al aumentar la altura, la presión aplicada sobre la bolsa de papas por parte de la tierra disminuye1 entonces la presión eistente
del aire dentro de la bolsa $ace que la misma se rompa para llegar a un equilibrio de presión a dic$a altura.
18. Có%" en#$a nues&#" cue#!" la e(a!"#ación del sud"# de la !iel+ 0i la temperatura central del cuerpo se incrementa por el calor, unos dos millones de glndulas sudor"paras distribuidas por la piel $umedecen su super&cie, mediante la secreción de sudor. #sta mezcla de agua y sustancias minerales, que se secan sobre la piel, se en!r"a al evaporarse, liberando al cuerpo del eceso de calor.
18.1.Un #eci!ien&e #$gid" !e#ec&a%en&e aislad" &iene una %e%#ana 'ue di(ide su ("lu%en en %i&ades. Un lad" c"n&iene un gas a una &e%!e#a&u#a as"lu&a T !#esión ! %ien&#as 'ue la "&#a %i&ad es&5 c"%!le&a%en&e (ac$a. De #e!en&e, se "#%a un !e'ue" "#i=ci" en la %e%#ana !e#%i&iend" 'ue el gas =l&#e -acia la "&#a %i&ad -as&a 'ue &e#%ina !"# "cu!a# el d"le de su ("lu%en "#iginal. En &*#%in"s de T P Cu5l se#5 la nue(a &e%!e#a&u#a !#esión del gas cuand" se dis&#iue e'ui&a&i(a%en&e en a%as %i&ades del #eci!ien&e+ E3!li'ue su #a9"na%ien&". 23452/ /34/ 4/54 2/52 / 3/5/3 #s un proceso isot%rmico donde la temperatura permanece constante y la presión &nal es la mitad de la inicial.
18.11. >a? -ic- -as %"#e a&"%sF a @il"g#a% " -d#"gen "# a @il"g#a% " lead+ B-ic- -as %"#e %ass+ >? B-ic- -as %"#e a&"%sF a %"le " -d#"gen "# a %"le " lead+ B-ic- -as %"#e %ass+ E3!lain "u# #eas"ning. a? #l $idrógeno tiene ms tomos que el plomo porque su peso atómico es menor por lo que necesita ms tomos para tener 666g. #l $idrógeno y el plomo tienen la misma masa de 666g.
? 7n mol de $idrógeno tiene la misma masa que un mol de plomo porque un mol tomo de un elemento est dado por, entonces un mol de 8 y un mol de 2b tienen 9.6//:6 /; tomos. #l 2b tiene mas masa que el 8 porque su peso atómico es mayor. 2eso atómico 2b 5 /6<.= gr. 2eso atómico 8 5 .66> gr.
18.12. usa# l"s c"nce!&"s del %"del" cin*&ic" %"lecula# !a#a e3!lica#F a? !"#'ue la !#esión de un gas en un c"n&ened"# inc#e%en&e %ien&#as el cal"# es aadid" al gas. ? !"#'ue la !#esión de un gas inc#e%en&a %ien&#as c"%!#i%i%"s el gas, aun si n" ca%ia%"s su &e%!e#a&u#a. a) si se le aumenta la temperatura a un gas, se le comunica energ"a a este, por lo que sus part"culas aumentan su velocidad, $aciendo que al momento de c$ocar contra el recipiente lo $agan con ms !uerza, y al ser la misma rea en contacto, aumenta la presión. b) si se reduce el volumen, disminuye el espacio en el cual pueden moverse las mol%culas, por lo que los c$oques son ms consecutivos y los realizan con ms !uerza.
18.1 La !#"!"#ción de di(e#s"s gases en la a&%"se#a ca%ia un !"c" c"n la al&u#a, ca#$a es!e#a# 'ue la !#"!"#ción de "3igen" a g#an al&u#a ue#a %a"# " %en"# 'ue en ni(el del %a#, en c"%!a#ación c"n la !#"!"#ción del ni&#ógen"+ P"# 'u*+ La proporción de oigeno a gran altura seria menor que la proporción de nitrógeno, debido primero por la altura, y tambi%n porque eiste menor cantidad de oigeno que nitrógeno.
18.14 C"%en&e es&a a=#%aciónF si se %e9clan d"s gases, !a#a 'ue es&*n en e'uili#i" &*#%ic" deen &ene# la %is%a #a!ide9 %"lecula# %edia. Es c"##ec&a+ E3!li'ue !"# 'u*. No necesariamente porque la rapidez media est relacionada con la masa? v
8kT =
π m
, por lo tanto si los gases en equilibrio t%rmico tienen di!erente masa, no tendrn la misma rapidez molecular media.
18.17 El %"del" cin*&ic" %"lecula# c"n&iene un su!ues&" "cul&" #es!ec&" a la &e%!e#a&u#a de las !a#edes del #eci!ien&e. Cu5l es+ u* sucede#$a si n" ue#a (alid"+ #ste supuesto nos dice que las paredes del recipiente son per!ectamente r"gidas, y con masa in&nita 1 no se pueden mover. 0i este supuesto no !uera verdadero ocurrir"a que en este modelo no se puede asegurar que eiste conservación de la energ"a.
18.1;La &e%!e#a&u#a de un gas ideal es di#ec&a%en&e !#"!"#ci"nal a la ene#g$a cin*&ica %edia de sus %"l*culas . si un #eci!ien&e c"n gas
ideal !asa 6un&" a us&ed a 2%:s es %a"# su &e%!e#a&u#a ' si es&u(iese en #e!"s"+ E3!li'ue su #a9"na%ien&" @l mover la ca*a completa las mol%culas estar"an en reposo con respecto a la ca*a, y tendr"an una temperatura constante.
18.1< Si se au%en&a la !#esión en un gas %"n"a&ó%ic" ideal %ien&#as se %an&iene c"ns&an&e el nG%e#" de %"les. ue sucede c"n la ene#g$a cin*&ica de &#aslación %edia de un 5&"%" del gas+ Es !"sile %"di=ca# &an&" el ("lu%en c"%" la !#esión del gas ideal %an&ene# c"ns&an&e la ene#g$a cin*&ica de &#aslación %edia de sus 5&"%"s+ A5(;nB4)/ 1 235nB4
? A5(;23)/
La energ"a cin%tica de traslación media es proporcional a 2 eso quiere decir que mientras 3 permanezca constante y 2 aumente A va a aumentar. 0i es posible modi&car 2 y 3 para que A se mantenga constante ya que 2 es inversamente proporcional a la 3 y podr"an cambiar convenientemente para que no cambie A.
18.18. In de#i(ing &-e idealHgas e'ua&i"n #"% &-e @ine&icH %"lecula# %"del, e ign"#ed !"&en&ial ene#g due &" &-e ea#&-s g#a(i&. Is &-is "%issi"n 6us&i=ed+ B- "# - n"&+ #sto se debe a que la masa puntual de cada particula sugiere que esta sea despreciable1 lo cual $ace que se pueda despreciar la energ"a potencial causada por la tierra.
18.1. No es inconsistente, pues las adiciones $ec$as a la ecuación original de estado de gases ideales, contiene las correcciones necesarias para aplicarse a gases de di!erentes caracter"sticas. @dems resultados eperimentales y de comparación entre los resultados obtenidos con la ecuación para gases ideales y otras ms comple*as (3an der Caals), muestran que en determinados casos la variación es insigni&cante.
18.2 Un &an'ue de al%acena%ien&" de gas &iene una !e'uea uga La !#esión en el &an'ue a6a c"n %a"# #a!ide9 si el gas es -id#"gen" " -eli" 'ue si es "3igen" !"#'ue+ 0i es $elio debido a que es ms liviano que el oigeno y por lo tanto tendr ms +uidez
18.21. C"nside#e%"s d"s %ues&#as de gas ideal a la %is%a &e%!e#a&u#aF La %ues&#a A &iene la %is%a %asa &"&al 'ue la %ues&#a J, !e#" las %"l*culas de la %ues&#a A &iene una %a"# %asa %"la# 'ue la %ues&#a J. En cual %ues&#a el &"&al de la ene#g$a cin*&ica es %a"#+. Se !uede #es!"nde# la !#egun&a de!endiend" de la es&#uc&u#a %"lecula# del gas+ P"# 'ue si " !"# 'ue n"+
1
M A= M B ; mB < m A ; Ec = m v
2
2
La energ"a cin%tica total seria la suma de las energ"as internas, la muestra @ al poseer mayor masa molar posee menos mol%culas y por lo tanto esta poseer menos energ"a cin%tica que la muestra E
18.22 La &e%!e#a&u#a de un gas %"n"a&ó%ic" ideal au%en&a de 27KC a 7KC, Au%en&a al d"le la ene#g$a cin*&ica de &#aslación %edia de cada 5&"%" de gas+ E3!li'ue, si su #es!ues&a es n", Cu5l se#$a la &e%!e#a&u#a =nal si la ene#g$a cin*&ica de &#aslación %edia se du!lica#a+ 3 2
A tr(-6) A tr(/-) 5
3 2
k ( 323 ) k ( 298 )
5,6>F
No es el doble
A tr(-6) 5 / A tr(/-) ;/ 4! 5 / (;/) (/=>) 4!5 /(/=>) 4!5 -=9 A 5 ;/; H'
18.2 Si la (el"cidad de la #a$9 cuad#ada %edia de l"s 5&"%"s de un gas ideal se du!licó, !"# 'ue ac&"# de la &e%!e#a&u#a )el(in de la del gas se inc#e%en&a#5+ E3!li'ue. Deber"a aumentarse al doble, ya que la variación de la temperatura depende de la velocidad, es decir, que un aumento de temperatura signi&ca un aumento d energ"a y por ende un aumento de rapidez cuadrada media.
18.24. a? si us&ed a!lica una %is%a can&idad de cal"# a 1 %"l de un gas %"n"a&ó%ic" 'ue a un gas dia&ó%ic", Cu5l de ell"s >si acas"? au%en&a#5 %5s su &e%!e#a&u#a+ $sica%en&e, P"# 'u* l"s gases dia&ó%ic"s &ienen %a"# ca!acidad cal"#$=ca %"la# 'ue l"s gases %"n"a&ó%ic"s+ @umentar ms su temperatura el gas monoatómico, porque tiene una menor capacidad calor"&ca molar, es decir necesita menos calor para aumenta su temperatura. Los gases diatómicos tienen una mayor capacidad calor"&ca, porque por cada tomo se tiene ; grados de libertad (;/ A4), correspondientes a sus tres dimensiones, entonces / tomos tendrn el doble.
18.27 La a!licación de la sección 18.4 c"nclu" 'ue &"d"s l"s gases dia&ó%ic"s ideales &ienen la %is%a ca!acidad cal"#$=ca C(. signi=ca es&" 'ue se #e'uie#e la %is%a can&idad de cal"# !a#a ele(a# la &e%!e#a&u#a de 1g de cada un" de ell"s en 1@+ E3!li'ue su #a9"na%ien&". #n un gas diatómico la energ"a total puede encontrarse en !orma de energ"a cin%tica de traslación y tambi%n en !orma de energ"a cin%tica de rotación, eso $ace que los gases diatómicos puedan almacenar ms energ"a a un a temperatura dada. @ temperaturas próimas a la temperatura ambiente la energ"a interna y la capacidad calor"&cas vienen dadas por?
2ara temperaturas etremadamente altas, la energ"a de vibración de los enlaces empieza a ser importante y los gases diatómicos se desv"an algo de las anteriores condiciones. @ temperaturas an ms altas la contribución del movimiento t%rmino de los electrones produce desviaciones adicionales. 0in embargo, todos los gases reales como el $idrógeno (8/), el o"geno (I/), el nitrógeno (N/) o el monóido de carbono ('I), cumplen a temperaturas ambiente moderadas las anteriores relaciones. 2or tanto estos gases tienen calores espec"&cos o capacidades calor"&cas molares cercanos a cv 5 -R/.
18.2; En un gas 'ue c"n&iene %"l*culas se#$a c"##ec&" deci# 'ue el nu%e#" de %"l*culas c"n #a!ide9 ( es igual a >(?+ O 'ue ese nG%e#" es&5 dad" !"# >(?+ 0e puede analizar el numero de mol%culas con N!(v) ya que la !unción de distribución del nmero total de mol%culas N est dada por dN5N!(v)dv en el intervalo v y (vJdv)
18.2<. I%agine un =l&#" de ai#e es!ecial en la (en&ana de una casa. L"s di%inu&"s agu6e#"s del =l&#" s"l" de6an sali# %"l*culas 'ue se %ue(en c"n %as #a!ide9 %$ni%a s"l" de6an en&#a# %"l*culas las 'ue se %ue(en c"n %en"# #a!ide9 u* eec&" &end#$a es&e =l&#" s"#e la &e%!e#a&u#a ine#i"# de la casa+ Kue al entrar y salir mol%culas de la casa ,el calor +uye naturalmente de un lugar a otro y segn la segunda ley de la termodinmica es posible que alguna ves el calor +uya de un cuerpo !rio a una caliente como de un caliente a un cuerpo !rio.
18.28. A ea@e# " a&e# a& #""% &e%!e#a&u#e is !laced in an encl"su#e, and &-e ai# !#essu#e in &-e encl"su#e is sl"l #educed.
B-en &-e ai# !#essu#e is #educed suNcien&l, &-e a&e# egins &" "il. T-e &e%!e#a&u#e " &-e a&e# d"es n"& #ise -en i& "ils in ac&, &-e &e%!e#a&u#e d#"!s slig-&l. E3!lain &-ese !-en"%ena. De acuerdo con la isoterma correspondiente al agua podemos decir que si la presión disminuye lo su&ciente, el agua podr"a $ervir sin necesidad de que se aumente su temperatura. #sto se debe a que la presión del vapor que se encuentra sobre el liquido sobrepasa a la presión e*ercida sobre el, por parte del aire, lo que $ace que las mol%culas puedan evaporarse con mayor !acilidad.
18.2 Es 5cil #esala# ca%inand" s"#e -iel", s"#e &"d" si usa%"s !a&ines de -iel" u* n"s dice es&" ace#ca de có%" el !un&" de usión del -iel" de!ende de la !#esión+ E3!li'ue. #sto se debe debido a que si al $ielo se le aumenta la presión, entonces la temperatura tambi%n aumenta, y por lo tanto podemos concluir que el punto de !usión del $ielo depende de la presión.
18.. d#"&-e#%al (en&s a#e "!enings in &-e "cean Q""# &-a& disc-a#ge (e& -"& a&e#. T-e a&e# e%e#ging #"% "ne suc- (en& " &-e O#eg"n c"as&, 24 % el" &-e su#ace, -as a &e%!e#a&u#e " 2<KC. Des!i&e i&s -ig- &e%!e#a&u#e, &-e a&e# d"esn& "il. B- n"&+ 2orque eiste muc$a presión, y esto di&culta el proceso de cambio de !ase1 adems de que el calor se transmite rpidamente $acia el resto de agua.
18.1 2uesto que no eiste atmos!era el aua necesita directamente de esta para poder eistir, ademas que si las ba*isimas temperaturas de la luna puede solidi&car lava en segundos, no eistiria agua liquida ya que su punto de congelacion es mas ba*o.
18.2 ade%5s de las ins&#ucci"nes n"#%ales i%!#esas en una ca6a de a##"9, -a /ins&#ucci"nes !a#a c"ce# a g#an al&u#a0. La Gnica die#encia es 'ue se siguie#e usa# un %a"# ("lu%en de agua %a"# &ie%!" de c"cción !a#a c"ce# el a##"9 a g#an al&u#a. P"# 'u* de!enden de la al&u#a las ins&#ucci"nes+ 4e5ido aunue la presi0n atmos1érica varia con la atura en la atm0s1era terrestre y de5ido al aumento del volumen de5ido al c6oue entre las moléculas del arro7 y las del agua la energ-a producida esta produce ue e/ista un aumento en el volumen del arro7 ya ue las moléculas del agua se ad6ieren a las del arro7 y por eso se da ese aumento.
