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FACULTAD DE MEDICINA HUMANA Y CIENCIAS DE LA SALUD
ESCUELA PROFESIONAL DE ESTOMATOLOGIA
TRABAJO DE INVESTIGACION
AUTOR
DANIELA DEL AGUILA MORA
TEORÍA CINETICA DE LOS GASES
La teoría cinética de los gases permite deducir las propiedades del gas ideal empleando un modelo en el que las moléculas del gas son esferas que cumplen las leyes de la mecánica clásica.
Las propiedades calculables mediante este modelo son: presión del gas, distribución de velocidades moleculares, velocidad molecular media, velocidad de colisión y distancia
media entre colisiones. Estas propiedades permiten el estudio de la cinética de reacciones en fase gaseosa así como el flujo de fluidos y la transmisión de calor.
Fundamentos de la teoría cinético-molecular de los gases
La teoría cinética puede considerarse como una rama de la termodinámica estadística ya que deduce propiedades macroscópicas de la materia a partir de propiedades moleculares. Los principios en los que se fundamenta son los siguientes:
- Un gas está formado por un gran número de partículas esféricas cuyo tamaño es despreciable comparado con la distancia entre las partículas.
- Las moléculas se mueven en línea recta a gran velocidad y sólo interaccionan cuando colisionan. Los choques entre partículas y con las paredes del recipiente se consideran perfectamente elásticos, conservándose la energía cinética traslacional.
- La teoría cinética supone que las partículas obedecen las leyes de Newton. Esta suposición es incorrecta (las moléculas cumplen las leyes de la mecánica cuántica) y conduce a resultados incorrectos en la predicción de las capacidades caloríficas del gas, aunque da resultados aceptables en propiedades como presión o difusión.
Gases ideales
Los gases que se ajustan a las suposiciones anteriores se llaman gases ideales o perfectos. Los gases reales en condiciones ordinarias de temperatura y presión se comportan como gases ideales, pero si la temperatura es muy baja, o la presión muy alta, las propiedades de los gases reales se desvían considerablemente de las de los gases ideales. En resumen, se considera que un gas ideal tiene las siguientes características: F 0B 7 El volumen de las moléculas es despreciable comparado con el volumen total del gas. F 0B 7 No hay fuerzas de atracción entre las moléculas. F 0B 7 Las colisiones entre moléculas son perfectamente elásticas.
Los gases ideales cumplen la razón , como se muestra en la figura siguiente, donde P = presión absoluta, (Pa) = volumen específico molar del gas, (m3 /mol) T = temperatura absoluta,
y estoy convencido de que es la única teoría física de contenido universal que, dentro del marco de aplicabilidad de sus conceptos básicos, nunca será derrotada… Pero dado que sabemos que los sistemas están compuestos por átomos y moléculas es lógico intentar deducir las leyes macroscópicas y empíricas de la termodinámica a partir del comportamiento dinámico de sus constituyentes elementales. Esto es justo lo que hace la mecánica estadística y dentro de ésta vamos a hablar, en esta entrada, de la teoría cinética de los gases.
Así que recordemos, las propiedades macroscópicas observables de un sistema son un fiel reflejo de las características microscópicas del mismo. Conocidas las leyes microscópicas podremos deducir las leyes de la termodinámica.
¿Es grande el número de Avogadro? Para empezar una pregunta: ¿qué es un mol?
El mol es una medida de la “cantidad de algo” que tenemos. De hecho, si tengo un mol de átomos de Hidrógeno significará que tenemos el número de Avogadro de átomos de Hidrógeno. Si tengo un mol de pianos significa que tengo el número de Avogadro de pianos (un porrón de pianos). El número de Avogadro es. Un numeraco.
Consideremos como sistema un mol de gas encerrado en un recipiente. Por un momento, vamos a dejar de lado las limitaciones cuánticas e imaginemos que fuera posible medir la posición y velocidad de cada una de las moléculas y dispusiéramos de la tecnología necesaria para ello, lo que nos permitiría predecir propiedades observables como la temperatura del sistema.
Como hemos dicho, un mol contiene aproximadamente partículas del gas, un número tan sumamente grande que es difícil de imaginar. Si pudieramos apuntar las posiciones y velocidades de cada una de las partículas que constituyen el gas en hojas de papel de grosor 0.1 mm y en cada hoja podemos escribir 100 moléculas, necesitamos folios. ¿cuánto espacio ocupan estos folios? ¿una habitación? ¿una biblioteca completa? ¿un país? Pues bien, si los repartimos uniformemente por toda superficie de la Luna, formaríamos una capa de un kilómetro de altura. Otra posibilidad es apilarlos en columnas, de manera que serían necesarias 4000 columnas de folios cuya altura sería igual a… ¡la distancia de la Tierra al Sol! Por si todo esto no fuera suficientemente
desesperanzador, como colofón, estos valores de posición y velocidad dejarían de ser válidos tras segundos debido a choques internos. Se hace por tanto evidente la necesidad de usar modelos teóricos para describir el comportamiento de las moléculas de forma estadística, sin tener que disponer de datos a nivel individual y usar métodos estadísticos para lidiar con tal número de datos.
Modelo del gas ideal El modelo teórico que describe el comportamiento de un gas ideal (clásico, nos olvidamos de la cuántica por un momento) está basado en los siguientes postulados:
1.- Un gas se compone de un gran número de pequeñas partículas, llamadas moléculas. Las moléculas se mueven continuamente, chocando entre sí y con las paredes del recipiente.
2.- El volumen ocupado por las moléculas es muy pequeño en comparación con el volumen total, de manera que las moléculas no se atraen entre sí. Los choques entre ellas son elásticos y conservan la energía cinética. Es decir, la energía total es constante pero en cada choque las partículas pueden cambiar su velocidad y su dirección de movimiento.
3.- La temperatura del gas no es más que el promedio de la energía cinética de las moléculas que componen el gas.
Pasemos a analizar cada uno de los puntos del modelo.
Un gas está hecho de moléculas Este punto es evidente hoy día, pero cuando esta teoría estaba siendo desarrollada el asunto no estaba tan claro, pues en el siglo XIX la idea esa de que todo está hecho de diminutos trozos de materia no terminaba de convencer a muchos científicos ilustres.
Un caso que merece atención sucedió en 1845, cuando John James Waterston envió a la Royal Society un artículo en el que proponía, entre otras cosas, que la presión de un gas se debe al impacto de sus moléculas contra el recipiente, una idea rompedora en la época, el artículo fue rechazado por “estúpido e indigno de ser leído ante la Royal Society“.
dos cuerpos a diferente temperatura entran en contacto, intercambian energía hasta que igualan sus temperaturas.
Si además de preocuparnos por el valor medio nos interesa cómo es la distribución de energía cinética de los constituyentes del gas volvemos a encontrarnos con el mismo nombre; las velocidades de las moléculas se espera que estén repartidas en forma de campana de acuerdo a una distribución de Maxwell-Boltzmann. Estas distribuciones presentan perfiles de la siguiente forma:
Centrémonos en un sólo color (por ejemplo el rojo). La altura de la curva indica el número de moléculas que esperaríamos encontrar para una velocidad determinada, de forma que la mayor parte de ellas tendrá una velocidad comprendida entre 200 y 400 metros por segundo. Si la temperatura de ese mismo gas aumenta, observaremos que la curva se achata y se desplaza hacia la derecha, hacia valores superiores para la velocidad. Cuanto más se incremente la temperatura mayor será ese desplazamiento, pasando del color rojo al verde y del verde al azul.
Pero las diferentes curvas pueden referirse también a diferentes gases, todos ellos a la misma temperatura. Recordemos que a igual temperatura, igual energía cinética, por lo que las moléculas de los gases más ligeros tendrán mayor velocidad que la de los pesados. Así, la curva azul puede representar al Helio (peso atómico 4), la verde al Argón (20) y la roja al Oxígeno (32).
Por tanto, un desplazamiento hacia la derecha puede deberse a un aumento de temperatura o a gases de elementos más ligeros.
FUNDAMENTOS BÁSICOS DE ELECTRICIDAD EN EL CUERPO HUMANO
Magnitudes eléctricas
En electrotecnia se precisan varias magnitudes fundamentales para caracterizar correctamente un circuito eléctrico y sus propiedades. Sin entrar a profundizar en todas ellas, expondremos los aspectos principales del tema que nos ocupa en base a las tres más conocidas por el público en general: la tensión, la intensidad y la resistencia.
La tensión , también llamada “diferencia de potencial” y más familiarmente “voltaje” está relacionada con la capacidad de trabajo que puede realizar una carga eléctrica. Usando un símil hidráulico, sería la presión del agua, debida a una bomba o a una diferencia de nivel. La unidad se denomina Voltio ( V ) y, para tener unas referencias, cabe decir que una pila o batería tiene una tensión entre 1 voltio y unas decenas de voltios, la red de alimentación doméstica opera a 230/400 V y una línea aérea de transmisión funciona entre 11.000 y 400.000 voltios. La intensidad es la cantidad de electricidad “carga eléctrica” que circula a través de un conductor por unidad de tiempo. En hidráulica sería el caudal, los m^3 por segundo que pasan por una tubería. La unidad se llama Amperio ( A ) y, a título de ejemplo, podemos decir que una estufa eléctrica doméstica consume unos 4 a 8 amperios. Hay que destacar la expresión que circula^ porque respecto a la intensidad es frecuente cometer el error de hablar de “un enchufe, un interruptor, etc. de 10 A”. Pues bien, la intensidad real en aplicaciones domésticas puede estar entre 0 A -si no hay nada conectado- hasta millares de amperios si el aparato conectado es defectuoso o presenta un cortocircuito. La cifra que se indica en el propio dispositivo es la^ máxima intensidad aplicable, de modo permanente, a efectos de calentamiento del mismo, no la intensidad real en cualquier momento.
La resistencia es la medida del grado de dificultad que ofrece un cuerpo para que la corriente eléctrica circule por él. En hidráulica sería equivalente a la dificultad de paso del agua por una tubería según su diámetro y su longitud. La unidad es el Ohmio ( Ω ) que se define como la resistencia que permite el paso de 1 A bajo una diferencia de potencial de 1 V. Para hablar con propiedad, deberíamos referirnos al concepto más general de impedancia (especialmente en corriente alterna) pero la naturaleza esencialmente resistiva del cuerpo humano permite la simplificación realizada. Las tres magnitudes no son independientes entre sí. Se considera que la resistencia no es una magnitud fundamental, sino que se calcula a partir de la tensión e intensidad mediante la conocida Ley de Ohm:
R (Ω )= E (volt)/ I (A)
En general, la corriente alterna de baja frecuencia (50 – 60 Hz) que se distribuye a través de la red puede llegar a ser hasta 3 o 5 veces más peligrosa que la continua. Puesto que se trata del tipo de corriente al que habitualmente estamos expuestos en viviendas, locales, comercios, oficinas, etc., nos centraremos en los riesgos que lleva asociados la alterna.
La intensidad y el tiempo.
En general, cuanto mayor es la intensidad y/o el tiempo en que circula corriente por nuestro cuerpo, más graves son las consecuencias. La tabla siguiente muestra los efectos generados en función de la intensidad y el tiempo de exposición, en un adulto de más de 50 kg de peso, suponiendo que los puntos de contacto son dos extremidades.
Las definiciones de los términos empleados son:
Umbral de percepción: Valor mínimo de intensidad que provoca una sensación en una persona.
Umbral de reacción: Corriente mínima que produce una contracción muscular.
Umbral de no soltar: Valor máximo de la intensidad para el cual una persona puede soltarse de unos electrodos que provocan el paso de la corriente. En corriente alterna se considera que este valor es de 10 mA, para cualquier tiempo de exposición.
Umbral de fibrilación ventricular: Valor mínimo de la intensidad que puede originar fibrilación ventricular. Decrece sustancialmente cuando la duración del paso de corriente se prolonga más allá de un ciclo cardíaco. Es la causa principal de muerte por accidentes eléctricos.
La tensión y la resistencia
La tensión (voltaje) no es peligrosa en sí misma, pero, de acuerdo con la ley de Ohm, ocasiona el paso de una corriente cuyos efectos ya se han descrito y cuya magnitud depende, además, de la resistencia.
La tensión de contacto, que es la existente en el punto de contacto antes de que éste se produzca, es fácil de estimar o calcular. En el caso de instalaciones de baja tensión (domésticas o industriales), en Europa suele ser de 230 V si el contacto es entre fase y neutro (o entre fase y tierra), que es el caso más frecuente, y de 400 V si se tocan dos fases simultáneamente.
El problema reside en determinar el valor de la resistencia, ya que ésta, en el caso del cuerpo humano no sólo depende de condiciones externas o ambientales (grado de humedad de la piel, presión de contacto, estado de la epidermis y zona de contacto, etc.) sino también del valor de la tensión. Por tanto, podríamos decir que la corriente depende doblemente de la tensión estableciéndose entre ambas una relación directamente proporcional a través de la ley de Ohm, y una dependencia con la resistencia, que figura en el denominador de dicha ley.
Tomando como referencia la resistencia de una mano a la otra en condiciones de piel seca, una corriente alterna a frecuencia de la red (50 Hz) y una superficie de contacto de 50 a 100 cm^2 , la^ NTP 400^ del Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo establece los siguientes valores para la resistencia (más propiamente impedancia) del cuerpo humano.
Según puede verse, en el caso de una red doméstica a 230 V, el
Segunda ley de la termodinámica
La segunda ley de la termodinámica es que la entropía debe aumentar si una reacción es ser espontánea. Un proceso puede ocurrir solamente espontáneamente si la suma de las entropías del sistema y de sus aumentos de los alrededores.
Sin embargo, es difícil medir los cambios en entropía en un sistema biológico. Qué puede ser utilizada es la energía libre de Gibbs de una reacción en la presión y la temperatura constantes. el ∆G es la diferencia entre la energía contenida en los productos de una reacción y los reactivo:
∆G = (energía de productos) - (energía de reactivo)
Para una reacción en equilibrio la dirección de una reacción catalizada enzima y de hecho de un camino metabólico, depende del cambio en energía libre.
Las reacciones ocurren solamente cuando el cambio de la energía libre (Gibbs) es negativo.
Se determina el constante de equilibrio, Keq como: Keq = []/[de los productos reactivo]. El estado estándar en bioquímica está en la concentración molar del pH 7 y 1.
El cuerpo humano es un buen conductor de electricidad porque nuestro cuerpo está formado por un 70% de agua ionizada, el cual es un buen conductor
. F 0D 8Mientras se le introduzca a un cuerpo carga eléctrica y si hay cuerpos a sualrededor dependerá del signo de sus cargas para que se repelan o atraigan F 0D 8Debido a los experimentos realizados pudimos comprobar las interacciones entre
cargas eléctricas. Cuando son del mismo signo se repelen (PROCEDIENTO 9) y cuando son de signo contrario se atraen(PROCEDIMIENTO 10). Así mismo la tendencia de los cueros a buscar su estabilidad, perdiendo o ganando electrones cuando su carga es superior a loque soporta su cuerpo F 0D 8El generador de Van der Graaff es un buen ejemplo para el entendimiento de la
energía estática Algo primordial de este experimento es que los materiales que vayan a hacer fricción deben escogerse atentamente, ya que el no elegirlos de manera correcta sería un error y por lo tanto las cargas no se generarían
F 0D 8Cuando un conductor neutro se aproxima a un cuerpo cargado positivamente las
partículas eléctricas negativas son atraídas hacía la parte más próxima al cuerpo cargado. Como la carga inducida negativa está más próxima al cuerpo positivo, existe una fuerza neta de atracción
. F 0D 8Existen cuerpos que pueden cargarse negativamente y otros que pueden cargarse
positivamente F 0D 8Culminada la experiencia se reconoce y comprende claramente los tres métodos para
cargar un objeto, inducción, fricción y contacto. Esta experiencia permite al estudiante identificar y entender estos procesos que forman parte de nuestro vivir diario, nos pareció atractivo haber estudiado estos fenómenos invisibles pero esenciales que rigen estrictamente las leyes físicas de nuestro universo. Claro que esto es solo un estímulo para osar profundizar en los campos de la física eléctrica.
