Propiedades de los gases

Presión

¿Qué es?

La presión es una magnitud física escalar que mide el efecto deformador o capacidad de penetración de una fuerza y se define como la fuerza ejercida por unidad de superficie. Se expresa como:

Para entenderlo, si trataras de usar un martillo para clavar un pino de boliche a una pared, probablemente no pasaría nada, excepto que las personas dejarían de prestarte sus pinos de boliche. Sin embargo, si usaras un martillo para clavar un clavo con la misma fuerza, es más probable que entre en la pared.

Así que para crear una gran cantidad de presión, puedes ejercer una fuerza muy grande o ejercer una fuerza sobre un área pequeña (o ambas).

Unidades

Las unidades de presión son: En el Sistema Internacional de unidades (S.I.) la unidad de presión es el pascal que equivale a la fuerza normal de un newton cuando se aplica en un área de metro cuadrado. 1pascal = 1N/m 2 y un múltiplo muy usual es el kilopascal (Kpa.) que equivale a 100 N/m 2 o 1000 pascales y su equivalente en el sistema inglés es de 0.145 lb./in 2 .

Tipos de presión

Absoluta: Es la presión que se ejerce sobre un cuerpo por la acción de algún elemento, más la presión atmosférica que sufre (todos cuerpos en el planeta están sometidos a la presión atmosférica).

Atmosférica: Es la presión que ejerce el conjunto de la masa de gases de la atmósfera sobre la superficie terrestre y sobre todo lo que repose sobre ella. A medida que uno asciende con respecto al nivel del mar (en un avión, o subiendo una montaña), la presión atmosférica disminuye ya que hay menos masa de aire sobre nosotros.

Manométrica: Es la presión que existe por sobre el valor de presión atmosférica. También llamada presión relativa, su valor corresponde a la diferencia entre el de la presión absoluta y el de la presión atmosférica. La presión relativa se mide utilizando un manómetro (de allí su nombre) y es  la que más se utiliza en la vida cotidiana.

Hidrostática o hidrodinámica: Es la presión experimentada por fluidos, tanto debido al peso del propio fluido en reposo (hidrostática), como en constante movimiento (hidrodinámica). Usualmente se calcula una presión media entre las dos.

Presión en los sólidos

La presión que ejerce un bloque sobre una superficie varía según el lado sobre el que se apoya.

La presión en los sólidos depende de la fuerza aplicada, en este caso el peso del bloque y del área de apoyo. Mientras menor es el área de apoyo , mayor es la presión que ejerce el bloque sobre el apoyo.

Presión en gases y líquidos

A los gases y los líquidos se les denominan fluidos porque tienen la propiedad de fluir por tuberías.

Los gases ejercen presión sobre las paredes del recipiente que los contienen.

Los choques individuales de las partículas con las paredes del recipiente son débiles, pero como el número de partículas en un pequeño volumen de gas es enorme, la cantidad de choques es suficiente para que se produzca una acción considerable sobre las paredes. Esta acción constituye la presión del gas.

¿De qué depende que la presión que ejerce el gas solas paredes del recipiente, aumente?

Si en un recipiente que contiene gas echamos más gas, aumentará la presión.

La presión que ejerce el gas:

•   aumenta si aumenta la concentración de las partículas,
•  manteniendo el volumen constante, la presión del gas aumenta, si disminuye el       volumen del recipiente que las contiene.

Presión en los líquidos

La presión que origina un líquido perpendicular al fondo o las paredes del recipiente, se denomina presión hidrostática. La presión de un líquido a cierta profundidad es la misma en todo el fluido a ésa profundidad y es igual al peso de la columna del fluido a esa altura.

En otras palabras, la presión del fluido en cualquier punto es directamente proporcional a la densidad del fluido y a la profundidad bajo la superficie del mismo. Los líquidos ejercen presión en todas direcciones.

Algunas equivalencias (clase)

1 atm = 760 mmHg

1 atm = 760 torr

1 arm = 101325 pa = 101.325 kpa

1 atm = 14.7 psi (ib/in² )

Temperatura

La temperatura es una magnitud escalar que mide la cantidad de energía térmica que tiene un cuerpo. En el caso de los gases su valor es proporcional a la energía cinética media de las moléculas, según la expresión:

T=k⋅<Ec>

• Temperatura T: Su unidad de medida en el Sistema Internacional es el Kelvín ( K )
• Constante universal k: Se trata de una constante igual para todos los gases. Su unidad de medida en el Sistema Internacional es el Kelvín partido Julio ( K/J )
• Energía cinética promedio de las moléculas del gas <Ec>: Se trata del valor medio de  energía cinética de las moléculas del gas. Su unidad de medida en el Sistema Internacional es el Julio ( J )

Existen distintos tipos de escalas para medir la temperatura. Las más comunes son:

La escala Celsius. También conocida como “escala centígrada”, es la más utilizada junto con la escala Fahrenheit. En esta escala, el punto de congelación del agua equivale a 0 °C (cero grados centígrados) y su punto de ebullición a 100 °C.

La escala Fahrenheit. Es la medida utilizada en la mayoría de los países de habla inglesa. En esta escala, el punto de congelación del agua ocurre a los 32 °F (treinta y dos grados Fahrenheit) y su punto de ebullición a los 212 °F.

La escala Kelvin. Es la medida que suele utilizarse en ciencia y establece el “cero absoluto” como punto cero, lo que supone que el objeto no desprende calor alguno y equivale a -273,15 °C (grados centígrados).

La escala Rankine. Es la medida usada comúnmente en Estados Unidos para la medición de temperatura termodinámica y se define al medir los grados Fahrenheit sobre el cero absoluto, por lo que carece de valores negativos o bajo cero.

¿Cómo se mide la temperatura?

La temperatura se mide mediante magnitudes termométricas, es decir, diferentes unidades que representan la temperatura a distintas escalas. Para eso se emplea un dispositivo llamado “termómetro” del que existen varios tipos dependiendo del fenómeno que se necesite medir, por ejemplo:

Dilatación y contracción. Existen termómetros para medir los gases (termómetro de gas a presión constante), los líquidos (termómetro de mercurio) y los sólidos (termómetro de columna líquida o bimetálico), que son elementos que se expanden con temperaturas altas o se contraen con temperaturas bajas.

Variación de resistencia eléctrica. Las resistencias eléctricas, es decir, los flujos de electrones que se mueven a través de un material conductor, varían según la temperatura que adquieren. Para su medición se emplean termómetros de resistencia eléctrica como los sensores (en base a una resistencia capaz de transformar la variación eléctrica en una variación de temperatura) y los termoeléctricos (que generan fuerza motriz).

Termómetro de radiación térmica. Los fenómenos de radiación emitidos en el sector industrial pueden ser medidos mediante sensores de temperatura como los pirómetros infrarrojos (para medir temperaturas muy bajas de refrigeración) y los pirómetros ópticos (para medir altas temperaturas de hornos y metales de fusión).

Potencial termoeléctrico. La unión de dos metales diferentes que se someten a temperaturas distintas entre sí, genera una fuerza electromotriz que se convierte en potencial eléctrico y que se mide en voltios.

Tipos de temperatura

Existen distintos tipos de temperatura y, por eso, se miden con diferentes herramientas, como por ejemplo:

La temperatura ambiente. Es la temperatura que se puede registrar en los espacios en los que se desenvuelve el ser humano y para su medición se emplea un termómetro ambiental que emplea valores Celsius o Fahrenheit.

La temperatura del cuerpo. Es la temperatura corporal. Se considera que 36 °C es un valor normal para el ser humano y si la temperatura supera los 37 °C (o 98°F), se considera que el individuo padece fiebre.

Otros tipos de medición de temperatura permiten calcular la sensación térmica, por ejemplo:

La temperatura seca. Es la temperatura ambiente, sin tener en cuenta la radiación calorífica del ambiente y la humedad. Se mide con un termómetro de bulbo pintado de color blanco brillante para no absorber la radiación.

La temperatura radiante. Es la temperatura de las superficies y paredes de un entorno cerrado y se mide a través de un termómetro de bulbo.

La temperatura húmeda. Es la temperatura que mide un termómetro ubicado en la sombra, con su bulbo envuelto con algodón húmedo y ubicado bajo una corriente de aire. A través de este sistema, el agua del algodón se evapora y se absorbe el calor, lo que genera una disminución de la temperatura que capta el termómetro respecto a la temperatura del ambiente. Esto da como resultado una medida de la humedad del aire que se utiliza para medir la sensación térmica.

Relación entre presión y temperatura

La Ley de Gay-Lussac establece una proporción directa entre la presión un gas y su temperatura.

La presión y la temperatura están íntimamente conectadas. Cuando una sustancia compresible (como un líquido o, mejor aún, un gas) se somete a grandes presiones que obligan a sus partículas (ordinariamente dispersas) a aproximarse las unas a las otras y a vibrar con mayor velocidad, se produce una acumulación de energía que se suele liberar como calor. En efecto, a mayor velocidad de las partículas, mayor temperatura.

Esta relación está descrita por la Ley de Gay-Lussac, que establece una proporción directa entre la presión de un volumen fijo de un gas ideal y su temperatura, según la fórmula:

P/T = k

Donde P es presión, T es temperatura y k es una constante.

Volumen

Es la cantidad de espacio que ocupa un cuerpo.

Algunas equivalencias (clase)

1 m³  = 1000 L

1 L = 1³  

1 L = 1000 ml

1 cm³  =1 ml

1 cm³ = 1X10^-3 L = 0.001 L

1 m³  = 1X10 cm³