MECANICA DE FLUIDOS-GAS IDEA Y ECUACION UNIVERSAL

MECANICA DE FLUIDOS-GAS IDEA Y ECUACION UNIVERSAL

INTRODUCCION2MARCO TEORICO.. 31.ESTADOS DE AGREGACIN DE LA MATERIA32.ESTADO GASEOSO5a.GASES5b.GAS REAL5c.GASES IDEALES6EXPERIMENTOS.. 12

INTRODUCCION

Los seres humanos vivimos rodeados de una mezcla gaseosa conocida como la atmsfera (aire). La atmsfera contiene un 21% de oxigeno (,78% de nitrgeno ( y el resto de gases por argn , dixido de carbono y vapor de agua . Y permanentemente estamos intercambiando gases con l. Las leyes que gobiernan este mundo invisible aclaran importantes aspectos de la vida.El conocimiento de los gases y de las leyes que gobiernan al comportamiento de los gases nos puede ayudar a entender la naturaleza de la materia y nos permitir hacer las decisiones concernientes a los temas importantes del ambiente y de la salud.Al final del presente trabajo demostraremos algunas de las leyes con experimentos sencillos en el cual no proporcionara un mejor entendimiento del tema a tratar.

MARCO TEORICO

1. ESTADOS DE AGREGACIN DE LA MATERIA

La materia est constituida por la unin de tomos, molculas o iones. Las fuerzas de cohesin que mantienen unidas a estas partculas son los distintos tipos de enlaces.En funcin de la intensidad de estas fuerzas la materia se presenta en tres estados de agregacin fundamentales: slido, lquido, gaseoso y plasmtico. SOLIDOEn este estado las fuerzas de cohesin son lo suficientemente importantes para mantener las partculas vibrando ligeramente alrededor de posiciones fijas. Esto hace que los slidos tengan forma y volumen propios.En los slidos cristalinos las partculas estn ordenadas regularmente; en los slidos amorfos no existe ordenamiento regular.

LIQUIDOEn este estado las fuerzas de cohesin no son tan intensas y permiten a las partculas que se muevan unas con respecto a otras, pero mantenindolas cohesionadas. Su forma natural es esfrica y sometidos a fuerzas adoptan la del recipiente que los contiene. Son incompresibles, su volumen es constante.

GASEOSOEn el estado gaseoso las fuerzas de cohesin son tan dbiles que no pueden mantener a las partculas unidas. Esto hace que las partculas de un gas ocupen todo el volumen disponible y que los gases no tengan ni forma ni volumen propio.

PLASMASe denomina plasma al cuarto estado de agregacin de la materia, un estado fluido similar al estado gaseoso (sea no tiene una forma definida o un volumen definido, a no ser que est encerrado en un contenedor) pero en el que determinada proporcin de sus partculas estn cargadas elctricamente y no poseen equilibrio electromagntico, por eso son buenos conductores elctricos y sus partculas responden fuertemente a las interacciones electromagnticas de largo alcance

2. ESTADO GASEOSODentro de este estado se encuentran las sustancias llamadas gasesa. GASESUna sustancia se considera gas cuando las fuerzas interatmicas (o intermoleculares) entre los distintos tomos (o molculas) que la forman son tan pequeas que la sustancia no adopta, ni forma, ni volumen fijo, tendiendo a expandirse todo lo posible para ocupar el recipiente que lo contiene. Refirindose a los gases, las condiciones normales de presin y temperatura (CNPT) para la determinacin de sus propiedades son, por acuerdo internacional: 0C (273,15K) y 1 atm ( 105 Pa, como recomienda la IUPAC), con la salvedad de que los medidores de gasto volumtrico se calibran a 25 C.Es importante mencionar que un gas es una sustancia que se encuentra en ese estado a temperatura y presin normales, mientras que vapor es la forma gaseosa de cualquier sustancia que normalmente es lquida o slida a condiciones normales.En condiciones normales de presin y temperatura (CNPT) existen elementos que son gaseosos como los del grupo 8A, (las molculas de) El es esencial para la vida. son venenos mortales. , son txicos. El He, Ar y Ne son qumicamente inertes.

VARIABLES QUE AFECTAN EL COMPORTAMIENTO DE LOS GASES:

PRESIN TEMPERATURA CANTIDAD VOLUMEN DENSIDAD

b. GAS REALLos gases reales son los que en condiciones ordinarias de temperatura y presin se comportan como gases ideales; pero si la temperatura es muy baja o la presin muy alta, las propiedades de los gases reales se desvan en forma considerable de las de gases ideales.

c. GASES IDEALESSe define como gas ideal(o tambin conocido como gas perfecto), aquel donde todas las colisiones entre tomos o molculas son perfectamente elsticas, y en el que no hay fuerzas atractivas intermoleculares. Se puede visualizar como una coleccin de esferas perfectamente rgidas que chocan unas con otras pero sin interaccin entre ellas. En tales gases toda la energa interna est en forma de energa cintica y cualquier cambio en la energa interna va acompaado de un cambio en la temperatura

CARACTERISTICAS GENERALES DE LOS GASES IDEALESUn gas se considera ideal si: No hay fuerzas de atraccin o de repulsin entre sus molculas El volumen ocupado por las molculas es despreciable frente al volumen total ocupado por el gas. Las colisiones son perfectamente elsticas. Evitando las temperaturas extremadamente bajas y las presiones muy elevadas, podemos considerar que los gases reales se comportan como gases ideales.

LEY DE LOS GASES IDEALESSegn la teora atmica las molculas pueden tener o no cierta libertad de movimientos en el espacio, estos grados de libertad microscpicos estn asociados con el concepto de orden macroscpico Las libertad de movimiento de las molculas de un slido est restringida a pequeas vibraciones, en cambio, las molculas de un gas se mueven aleatoriamente, y slo estn limitadas por las paredes del recipiente que las contiene.Se han desarrollado leyes empricas que relacionan las variables macroscpicas en base a las experiencias en laboratorio realizadas. Los gases ideales se caracterizan por tres variables de estado las cuales incluyen a la presin , el volumen y la temperatura absoluta.La relacin entre ellas se puede deducir de la teora cintica y constituye la La ley de Boyle - Mariotte relaciona inversamente las proporciones de volumen y presin de un gas, manteniendo la temperatura constante.

La ley de Charles: Afirma que el volumen de un gas a presin constante, es directamente proporcional a la temperatura absoluta.

La ley de Gay-Lussac: Sostiene que a volumen constante, la presin de un gas es directamente proporcional a la temperatura absoluta del sistema.

NOTA: Tanto en la ley de Gay-Lussac como en la ley de Charles en ambos casos la temperatura se mide en kelvin ya que no podemos dividir por cero, no existe resultado.

*De la unificacin de las tres leyes se deduce la LEY UNIVERSAL DE LOS GASES

TEORA CINTICA DE LOS GASESEntre 1850 y 1880 Maxwell, Clausius y Boltzmann desarrollaron esta teora, basada en la idea de que todos los gases se comportan de forma similar en cuanto al movimiento de partculas se refiere.El comportamiento de los gases, enunciadas mediante las leyes anteriormente descriptas, pudo explicarse satisfactoriamente admitiendo la existencia del tomo. El volumen de un gas, refleja simplemente la distribucin de posiciones de las molculas que lo componen. Ms exactamente, la variable macroscpica representa el espacio disponible para el movimiento de una molcula. La presin de un gas, que puede medirse con manmetros situados en las paredes del recipiente, registra el cambio medio de momento lineal que experimentan las molculas al chocar contra las paredes y rebotar en ellas. La temperatura del gas, es proporcional a la energa cintica media de las molculas, por lo que depende del cuadrado de su velocidadLa reduccin de las variables macroscpicas a variables mecnicas como la posicin, velocidad, momento lineal o energa cintica de las molculas, que pueden relacionarse a travs de las leyes de la mecnica de Newton, debera de proporcionar todas las leyes empricas de los gases. En general, esto resulta ser cierto.La teora fsica que relaciona las propiedades de los gases con la mecnica clsica se denomina teora cintica de los gases. Adems de proporcionar una base para la ecuacin de estado del gas ideal. La teora cintica tambin puede emplearse para predecir muchas otras propiedades de los gases, entre ellas la distribucin estadstica de las velocidades moleculares y las propiedades de transporte como la conductividad trmica, el coeficiente de difusin o la viscosidad.El estudio de las molculas de un gas, es un buen ejemplo de una situacin fsica en que los mtodos estadsticos, proporcionan resultados precisos y confiables para las manifestaciones macroscpicas de los fenmenos microscpicos. Por ejemplo, los clculos de la presin, volumen y temperatura de la ley del gas ideal son muy precisos. El promedio de energa asociada con el movimiento molecular tiene su fundamento en la distribucin de Boltzmann, una funcin de distribucin estadstica. Sin embargo, la temperatura y la energa de un gas se pueden medir con precisin.

LEYES EMPRICAS DE LOS GASES: LEY GENERAL E HIPTESIS DE AVOGADRO.En 1811, el italiano Amedeo Avogadro (1776-1856) establece la llamada hiptesis de Avogadro: A presin y temperatura constantes, el volumen de un gas es directamente proporcional al nmero de moles del gas presente, lo que se puede escribir como:

Donde es el nmero de moles y es el volumen. Es importante mencionar que este resultado es independiente de su naturaleza qumica y caractersticas fsicas.Esta constante se llama nmero de Avogadro y tiene un valor de .Cada molcula, dependiendo de los tomos que la compongan, deber tener la misma masa Es as que puede hallarse la masa relativa de un gas de acuerdo al volumen que ocupe. La hiptesis de Avogadro permiti determinar la masa molecular relativa de esos gases.Analicemos el orden lgico que sigui:1. La masa de 1 litro de cualquier gas es la masa de todas las molculas de ese gas.2. Un litro de cualquier gas contiene el mismo nmero de molculas de cualquier otro gas.3. Por lo tanto, un litro de un gas posee el doble de masa de un litro otro gas si cada molcula del primer gas pesa el doble de la molcula del segundo gas.4. En general las masas relativas de las molculas de todos los gases pueden determinarse pesando volmenes equivalentes de los gases

LEY DE LOS GASES GENERALIZADAComo consecuencia de la hiptesis de Avogadro puede considerarse una generalizacin de la ley de los gases. Si el volumen molar (volumen que ocupa un mol de molcula de gas) es el mismo para todos los gases en Condiciones Normales de Presin y Temperatura (CNPT), entonces podemos considerar que el mismo para todos los gases ideales a cualquier temperatura y presin que se someta al sistema. Esto es cierto por que las leyes que gobiernan los cambios de volumen de los gases con variaciones de temperatura y presin son las mismas para todos los gases ideales. Estamos relacionando proporcionalmente el nmero de moles , el volumen , la presin y la temperatura absoluta . Para establecer una igualdad debemos aadir una constante quedando.La relacin entre ellas se puede deducir de la teora cintica y constituye la:

El valor de podemos calcularlo a partir del volumen molar en CNPT:

Por definicin se calcula dividiendo la masa de un gas por el Es otra forma de expresar la ley general de los gases ideales

ECUACIN DE VAN DER WAALSLa ecuacin de estado del gas ideal no es del todo correcta: los gases reales no se comportan exactamente as. En algunos casos, la desviacin puede ser muy grande. Por ejemplo, un gas ideal nunca podra convertirse en lquido o slido por mucho que se enfriara o comprimiera. Por eso se han propuesto modificaciones de la ley de los gases ideales.

Una de ellas, muy conocida y particularmente til, es la ecuacin de estado de Van der Waals

Donde y ,son parmetros ajustables determinados a partir de medidas experimentales en gases reales. Son parmetros de la sustancia y no constantes universales, puesto que sus valores varan de un gas a otro.La ecuacin de Van Der Waals tambin tiene una interpretacin microscpica. Las molculas interaccionan entre s. La interaccin es muy repulsiva a corta distancia, se hace ligeramente atractiva a distancias intermedias y desaparece a distancias ms grandes. La ley de los gases ideales debe corregirse para considerar las fuerzas atractivas y repulsivas. Por ejemplo, la repulsin mutua entre molculas tiene el efecto de excluir a las molculas vecinas de una cierta zona alrededor de cada molcula. As, una parte del espacio total deja de estar disponible para las molculas en su movimiento aleatorio. En la ecuacin de estado, se hace necesario restar este volumen de exclusin del volumen del recipiente de ah el trmino .

EXPERIMENTOS

EXPERIMENTO DE LA LEY DE CHARLES

Este experimento nos demuestra que la temperatura es directamente proporcional al volumen y de esta manera se comprueba la ley de charlesMATERIALES: Un globo. Encendedor Una vela Pedazos de papel 1 botella de plsticoPROCEDIMIENTO: Pondremos a la botella en una fuente de calor y ponemos un globo en la boca de la botella que ser la muestra de que el gas se expande y con esto llenaremos el globo. En escasos segundos podemos apreciar como el globo se levanta automticamente.PROCEDIMIENTO:

CONCLUSIONES: A presin constante si aumentamos la temperatura de una masa de gas esta se expande aumentando su volumen. Volumen y temperatura son directamente proporcionales. La ley de charles se cumple ya que al aumentar la temperatura el volumen se expande inflando el globo. La presin es directamente proporcional a la temperatura absoluta, si el volumen permanece constante.

EXPERIMENTO DE LA LEY DE BOYLE MARIOTTE

(GASES IDEALES)MATERIALES Una botella plstica cortada Dos sorbetes Dos globos Un guante quirrgico Cinta scosh Una tapa de botella plstica

PROCEDIMIENTOEn este experimento se desarrolla la simulacin de la respiracin humana. Se hace orificios a la tapa de botella con un espacio para los dos sorbetes. Se colocan los sorbetes en la tapa plstica pegada con cinta para no dejar salida de aire. Se pegan los globos en los sorbetes, asegurndolos con cinta para que no se desprendan y no salga aire. se corta la botella y se ubica el guante en la parte cortada de la misma. Se introducen los globos pegados en los sorbetes dentro de la botella y se tapa en la boca de la botella con la tapa rosca. Se procede a manipular el guante quirrgico de una forma como se introdujera dentro de la botella y se observara que el volumen de un gas es inversamente proporcional a la presin, en temperatura constante, lo cual queda demostrado la ley de Boyle Maritte.

IMGENES DEL EXPERIMENTO MATERIALES

PROCEDIMIENTO