Actividad

PROPIEDADES TÉRMICAS DE LA MATERIA

Tema: Ley de los gases ideales.

Introducción: En la mayoría de las ocasiones los fenómenos físicos suceden frente nuestros ojos, pero no somos conscientes de ellos hasta analizarlos desde posturas teóricas elaboradas. La ley de los gases ideales es un fenómeno que a simple vista no es tan evidente, puesto que requiere de un análisis más profundo para lograr idealizar o inferir los elementos que esta comprende. Con la intención de lograr un acercamiento a estos conceptos es que se propone esta guía de trabajo.

Grado: 11

Propósito: Identificar las relaciones entre temperatura, volumen y presión dentro de las leyes de Boyle, Charles y Gay Lussac.

Condiciones iniciales

Conocimientos previos: A manera de contextualización en los conocimientos básicos para desarrollar esta temática es importante recordar que al referir a las leyes de los gases ideales  es necesario comprende que las moléculas tienen cierta libertad de movimientos en el espacio. Estos grados de libertad microscópicos están asociados con el concepto de orden macroscópico. Las moléculas de un sólido están colocadas en una red, y su libertad está restringida a pequeñas vibraciones en torno a los puntos de esa red. En cambio, un gas no tiene un orden espacial macroscópico. Sus moléculas se mueven aleatoriamente, y sólo están limitadas por las paredes del recipiente que lo contiene.

Las ecuaciones que permiten describir la expansión de un volumen no son útiles tratándose de un gas, en parte porque los gases generalmente se expanden para llenar cualquier contenedor en el que se encuentren.

Las  leyes empíricas que relacionan las variables macroscópicas, en los gases ideales, incluyen la presión (P), el volumen (V) y la temperatura (T).

En el tratamiento de las relaciones entre presión, temperatura, volumen y cantidad de materia, se considera que el volumen real ocupado por las moléculas es despreciable y que entre ellas no existen fuerzas atractivas, por lo tanto es similar al modelo de comportamiento ideal. Dichas relaciones se conocen como leyes de los gases.

Manipulación del applet: El applet que se presenta a continuación no requiere de mayor experiencia para manipular las variables que se presentan. En un primer momento llamado “Solido, líquido y gas” se trata de retomar los elementos descritos en la actividad anterior de temperatura y energía cinética, además, de una pequeña introducción a los elementos de este applet en específico.

Posterior a este tenemos, “cambios de fase”, que tiene como finalidad responder al propósito ya presentado. Tiene como herramientas adicionales el barómetro, el inflador (que aumentara la cantidad de partículas) y la posibilidad de variar la presión interna del contenedor.

Ubicación del applet: http://phet.colorado.edu/es/simulation/states-of-matter-basics

Preguntas problematizadoras: Luego de analizar el applet que se presenta con anterioridad y teniendo presente la información dada frente a las leyes de los gases ideales, responde en el siguiente en el formulario que se presenta para esto.

¿Qué relación existe entre volumen y la presión de una cierta cantidad de gas mantenida a temperatura constante? ¿Por qué?

Analiza la siguiente gráfica con relación al applet, ¿Qué se puede inferir?

Donde P1: Presión inicial; V1: Volumen inicial, P2: Presión final, V2: Volumen final.

¿Qué relación guarda una muestra dada de gas a cierto volumen y temperatura si su presión es constante? ¿Por qué?

Analiza la siguiente gráfica con relación al applet, ¿Qué conclusión podemos afirmar?

Donde V₁: Volumen inicial; T₁: Temperatura inicial, V₂: Volumen final, T₂: Temperatura final.

Si el volumen de una masa dada de gas permanece invariable, al variar la temperatura ¿Cómo cambia la presión? ¿Por qué?
 
Analiza la siguiente gráfica con relación al applet, ¿Qué conclusión podemos afirmar?

Donde P1: Presión inicial; T1: Temperatura inicial, P2: Presión final, T2: Temperatura final.

REFERENCIAS

1.  Sears, F. W., Zemansky, M. W., y Young, H. D. (2009). Física universitaria. Argentina: Addison-Wesley Iberoamericana.
2. ---, Applet. Recuperado el 17/07/2013. En: http://phet.colorado.edu/es/simulation/states-of-matter-basics