¡¡¡BIENVENIDOS BERNOULLIMANIACOS!!!!

¡¡¡ Bienvenidos Bernoullimaniacos a su blog 100tificasbernoullimaniacas¡¡¡ Un pequeño espacio de internet que esta dedicado a la ciencia y a su utilidad en la vida cotidiana. 



El día de hoy presentaremos un tema que, a simple vista, no tiene relevancia en nuestra vida diaria, sin embargo, es mucho más importante de lo que creemos.

 Como sabemos, todo lo que ocupa un lugar en el espacio se le denomina MATERIA. Esta materia tiene que tener energía para realizar un trabajo (W), a esto se le denomina ENERGÍA CINÉTICA. 

Pero, ¿cómo se relaciona el comportamiento de la materia con dicha teoría? ¿Tendrá que ver esta teoría con la forma que adquiere la materia?.  Para esto analizaremos esta teoría para poder entenderla.

A) Historia de la "Teoría cinética de la materia" y sus postulados.

Desde la antigüedad, el hombre siempre ha tenido la curiosidad de saber de que está formado el medio que lo rodea para poder adaptarse y así sobrevivir. 

Fue hasta el siglo V a.C , en la antigua Grecia, donde dos filósofos griegos, Leucipo de Mileto y Demócrito, establecieron la "Teoría atómica del universo" que afirma que toda la materia no es más que una mezcla de elementos originarios que poseen las características de inmutabilidad y eternidad, concebidos como entidades infinitamente pequeñas y, por tanto, imperceptibles para los sentidos, a las que Demócrito llamó átomo.​

Mucho más tarde, en 1803, el químico británico John Dalton (1766- 1844), utilizó la existencia de átomos para la explicación de las leyes de la Química. De la teoría atómica de Dalton se pudo desprender una primitiva idea de molécula, como resultado de la combinación de dos o más tipos de átomos. 

La teoría de Dalton, aunque con varias alteraciones, la teoría atómica de Dalton sobrevivió al impetuoso (científicamente hablando) siglo XIX y en ella se apoyaron los físicos L.E. Botlzmann y J.C. Maxwell (de forma independiente) para construir la "Teoría cinético-molecular de la materia"

La teoría postula los siguientes argumentos:

1. La materia está formada por pequeñas partículas llamados ÁTOMOS, que a su vez, un conjunto de átomos forman MOLÉCULAS.
2. Las moléculas ejercen entre sí FUERZAS DE COHESIÓN O ATRACCIÓN.
3. Las moléculas se encuentran en un MOVIMIENTO CONSTANTE.

Ahora que conocemos los argumentos que postula la "Teoría cinético-molecular de la materia", analizaremos cada argumento para poder entenderla mejor.

El primer punto de la teoría, nos dice que toda la materia se encuentra compuesta por moléculas, donde la unidad de la molécula, es el átomo. Cabe aclarar que estos no son perceptibles a simple vista.

El segundo punto es muy importante porque explica los estados de agregación de la materia      ( sólido, líquido y gaseoso). Estos estados se dan debido a las fuerzas de Cohesión. Las fuerzas de cohesión son las fuerzas intermoleculares de atracción que mantienen unidas unas moléculas con otras.  

En el estado SÓLIDO las fuerzas intermoleculares son FUERTES (por este motivo la estructura es fija), en el LÍQUIDO la fuerza es MODERADA (esto explica porque el líquido toma la forma del recipiente que lo contiene) y en el GASEOSO las fuerzas son DÉBILES casi nulas. (Figura 1.1)

 

(Figura 1.1) Observa como las fuerzas de cohesión establecen la forma de la materia.

Ahora estas moléculas SIEMPRE van a estar en MOVIMIENTO. En los SÓLIDOS su movimiento es de VIBRACIÓN, y en los LÍQUIDOS y GASES las moléculas se DESPLAZARAN.

(Figura 2.2) 

 ( Figura 2.2) 

¡¡¡ATENCIÓN BERNOULLIMANIACOS!!! su MOVIMIENTO y ESTRUCTURA de la materia se verá afectada por la TEMPERATURA  (ténganlo en cuenta, lo explicaremos más adelante)

B) DEDUCCIÓN DE LA ECUACIÓN GENERAL DE LA TEORÍA CINÉTICA DE LA MATERIA. 

Es necesario que esta teoría sea respaldada por un modelo matemático ya que influyen varios conceptos físicos que tienen que ser comprobados. En este apartado analizaremos cada componente de la ecuación general de esta teoría de la manera mas sencilla posible pero completa.

 Desglosaremos esta ecuación en 3 partes para llegar a la general. 

1. El primer factor que hay que tener en cuenta es la PRESIÓN porque existe cuando hay un choque de las moléculas con las paredes del recipiente (Figura 3.3) . La presión se define como la fuerza ejercida sobre un área determinada: 

                                                               P= F / A 

                                P= presión

                                                 F= fuerza ( kg / metros sobre segundo al cuadrado)

                                                  A= área al cuadrado

                    Figura 3.3. Observa como las moléculas ejercen una presión en el recipiente que las contiene.

     2.  El IMPULSO. Es el cambio de dirección que lleva acabo la molécula y se encuentra definida de la siguiente manera:

                        

                                         I∝ m.u 

                                                          I= impulso

                                                          ∝= proporcional a 

                                                         m= masa (kg)

                                                          u= velocidad de la partícula (metros sobre segundos al cuadrado)

   " Entre más masa (m) y velocidad (u) tengan las moléculas más impulso habrá" . El impulso es proporcional a la velocidad de la molécula.

3. FRECUENCIA DE COLICIÓN. Es la cantidad de golpes que da la molécula con el recipiente.

                                           ƒcol ∝ u. N. 1/v

                                                              

                                               ƒcol = fuerza de colición

                                                                       ∝= proporcional a 

                                                                        u= velocidad de la molécula (metros sobre segundos al cuadrado)

                                                                         N= número de moléculas (mol)

                                                                         1/v = volumen del recipiente (m/cm cúbicos)

  

Ahora, juntaremos estas 3 conceptos para sacar la principal, donde quedará así:

                                                                          P∝ I . ƒcol
Para que exista una PRESIÓN en el sistema tiene que existir el IMPULSO de la molécula (movimiento) y una FRECUENCIA DE COLICIÓN. Por esta razón esta relación expresa que LA PRESIÓN ES PROPORCIONAL AL IMPULSO POR LA FUERZA DE COLICIÓN. 

Ahora sustituyendo el Impulso y la fuerza de colición por sus fórmulas originales quedaría así:

                                                           P∝ m. u (al cuadrado) . N/v
¡¡¡ Ya casi tenemos la fórmula general Bernoullimaniacos !!! solo falta agregarle un valor mas. Ese valor es 1/3, porque esta fracción representa las tres dimensiones del recipiente que los contiene (x, y, z) (Figura 4.4)
 Figura 4.4 Representación de estas 3 dimensiones como si fuera un recipiente 

Entonces la fórmula general de la teoría cinética de la materia queda así:

                                       P= 1/3 mu(al cuadrado) . N/v
                                               
                                                                          m= masa
                       u(al cuadrado)= velocidad de la molécula(m/s)
                                                 N= número de moléculas
                                                 v= volumen (m cúbicos )
"Características de la fórmula"

• Presíon y volumen es la propiedad macroscópica para calcular la velocidad
• u (al cuadrado) es la parte cinética de la materia
• m y N es la parte de la materia. 

Si te quedó alguna duda puedes ver el siguiente vídeo que es del canal "Breaking Vlad" donde puedes aclarar tus dudas sobre la ecuación general.

C) TEORÍA CINÉTICA EN LOS GASES.

En 1738 Daniel Bernouilli dedujo la Ley de Boyle aplicando a las moléculas las leyes del movimiento de Newton, pero su trabajo fue ignorado durante más de un siglo.

Los experimentos de Joule demostrando que el calor es una forma de energía hicieron renacer las ideas sostenidas por Bernouilli y en el período entre 1848 y 1898, Joule, Clausius, Maxwell y Boltzmann desarrollaron la teoría cinético-molecular, también llamada teoría cinética de los gases, que se basa en la idea de que todos los gases se comportan de la misma manera en lo referente al movimiento molecular .

La teoría cinética de los gases considera que los gases están compustos por las moléculas, partículas discretas, individuales y separadas. La distancia que existe entre estas partículas es muy grande comparada con su propio tamaño, y el volumen total ocupado por tales corpúsculos es sólo una fracción pequeña del volumen ocupado por todo el gas. por tanto, al considerar el volumen de un gas debe tenerse en cuenta en primer lugar un espacio vacío en ese volumen.

D) POSTULADOS DE LA TEORÍA CINÉTICA DE LOS GASES

1. No existen fuerzas de atracción entre la moléculas de un gas.

2. Las moléculas de los gases se mueven constantemente en línea recta por lo que poseen energía cinética.

3. En el movimiento, las moléculas de los gases chocan elásticamente unas con otras y con las paredes del recipiente que las contiene en una forma perfectamente aleatoria.

4. La frecuencia de las colisiones con las paredes del recipiente explica la presión que ejercen los gases.

5. La energía de tales partículas puede ser convertida en calor o en otra forma de energía. pero la energía cinética total de las moléculas permanecerá constante si el volumen y la temperatura del gas no varían; por ello, la presión de un gas es constante si la temperatura y el volumen no cambian.
Bernoullimaniac@s  aquí les dejaremos más videos para que puedan saber un poco más sobre la teoría cinética de la materia: 

• Este video es del canal de AGUSTÍN FERRANDO titulado TEORÍA MOLECULAR DE LA MATERIA. 

•            Canal : AMIGOS DE LA QUÍMICA  titulado QUÍMICA. Teoría cinético- molecular

 

Bibliografía:

• Griffith,T. (2008) Física conceptual. México: Mc. Graw Hill.
• Hetch, E. (2000) Fundamentos de Física. México; International Thompson Editores.
• https://naukas.com/2012/09/03/tcm-la-teoria-cinetica-de-la-materi
• http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen1/ciencia2/36/htm/sec_9.html
• https://thales.cica.es/rd/Recursos/rd99/ed99-0280-01/ejem3-lib3.html