Distribución de Velocidades
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En un gas que se encuentra en reposo las moléculas viajan en todas las direcciones siendo la velocidad media igual a cero. Como las moléculas tienen distintas velocidades se tienen que representar con una distribución que en este caso debe tener un valor medio nulo. Analizando se concluye que la forma de la distribución corresponde a una gausseana con una dispersión que es una función de la temperatura.
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Distribución de Velocidades
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En un gas que se encuentra en reposo las moléculas viajan en todas las direcciones siendo la velocidad media igual a cero. Como las moléculas tienen distintas velocidades se tienen que representar con una distribución que en este caso debe tener un valor medio nulo. Analizando se concluye que la forma de la distribución corresponde a una gausseana con una dispersión que es una función de la temperatura.
Variables
Cálculos
Cálculos
Ecuaciones
La energía cinética ($K$) con la masa de la partícula ($m$) y la velocidad media de una partícula ($\bar{v}$)
y la energía de una molécula ($E$) con el grados de libertad ($f$), la constante de Boltzmann ($k_B$) y la temperatura absoluta ($T$)
que al igualar dan
El número de moles ($n$) corresponde a el número de partículas ($N$) dividido por el número de Avogadro ($N_A$):
Si multiplicamos el numerador y el denominador por la masa de la partícula ($m$), obtenemos:
$n=\displaystyle\frac{N}{N_A}=\displaystyle\frac{Nm}{N_Am}=\displaystyle\frac{M}{M_m}$
As que es:
Ejemplos
La energía cinética ($K$) junto con la masa de la partícula ($m$) y la velocidad media de una partícula ($\bar{v}$) es igual a
Nota: En un rigor m s estricto, la energ a cin tica depende del promedio de la velocidad al cuadrado $\bar{v^2}$. Sin embargo, se asume que este es aproximadamente igual al cuadrado del promedio de la velocidad:
$\bar{v^2}\sim\bar{v}^2$
La ley de Stefan-Boltzmann, inicialmente propuesta por Josef Stefan [1] y posteriormente refinada por Ludwig Boltzmann [2], establece que la energía de una molécula ($E$) es proporcional a el grados de libertad ($f$) multiplicado por la temperatura absoluta ($T$) con una constante de proporcionalidad la constante de Boltzmann ($k_B$):
Es importante destacar que la temperatura absoluta ($T$) debe expresarse necesariamente en grados Kelvin.
El n mero de grados de libertad de una part cula corresponde al n mero de variables necesarias para describir su estado termodin mico. Por ejemplo, para una part cula puntual, se requieren solo tres coordenadas, lo que da lugar a tres grados de libertad. Si la part cula tiene forma y es r gida, se necesitan adem s dos ngulos, lo que resulta en un total de cinco grados de libertad. Cuando la part cula puede deformarse o vibrar en una o m s direcciones, estos modos adicionales tambi n se consideran grados de libertad. Sin embargo, es importante notar que estos grados de libertad adicionales solo existen a altas temperaturas, cuando la part cula tiene suficiente energ a para activar dichas vibraciones.
[1] " ber die Beziehung zwischen der W rmestrahlung und der Temperatur" (Sobre la relaci n entre la radiaci n de calor y la temperatura), Josef Stefan, Sitzungsberichte der mathematisch-naturwissenschaftlichen Classe der Kaiserlichen Akademie der Wissenschaften, Wien (1879).
[2] "Weitere Studien ber das W rmegleichgewicht unter Gasmolek len" (M s estudios sobre el equilibrio t rmico entre mol culas de gas), Ludwig Boltzmann, Sitzungsberichte der mathematisch-naturwissenschaftlichen Classe der Kaiserlichen Akademie der Wissenschaften, Wien (1884).
La masa de la partícula ($m$) puede estimarse a partir de la masa molar ($M_m$) y el número de Avogadro ($N_A$) mediante
El número de moles ($n$) corresponde a el número de partículas ($N$) dividido por el número de Avogadro ($N_A$):
el número de Avogadro ($N_A$) es una constante universal cuyo valor es 6.028E+23 1/mol, por lo que no se incluye entre las variables asociadas al c lculo.
El número de moles ($n$) se determina dividiendo la masa ($M$) de una sustancia por su la masa molar ($M_m$), que corresponde al peso de un mol de la sustancia.
Por lo tanto, se puede establecer la siguiente relaci n:
La masa molar se expresa en gramos por mol (g/mol).
El número de moles ($n$) se determina dividiendo el volumen ($V$) de una sustancia por su el volumen molar ($V_m$), que corresponde al peso de un mol de la sustancia.
Por lo tanto, se puede establecer la siguiente relaci n:
El volumen molar se expresa en metros c bicos por mol ($m^3/mol$).
Es importante tener en cuenta que el volumen molar depende de las condiciones de presi n y temperatura en las que se encuentra la sustancia, especialmente en el caso de un gas, por lo que se define considerando las condiciones espec ficas.
La manera en que las fluctuaciones en la concentraci n de un gas provocan desplazamientos que tienden a lograr una distribuci n homog nea.
Si se iguala la energía cinética ($K$) con la energía de una molécula ($E$) se puede calcular en funci n de el grados de libertad ($f$), la constante de Boltzmann ($k_B$), la temperatura absoluta ($T$) y la masa de la partícula ($m$) lo que es la velocidad media de una partícula ($\bar{v}$) mediante
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