lunes, 25 de octubre de 2010

Teoria Cinetica de los Gases


Teoría Cinética de los Gases
WebQuest para 3º Curso de (Agosto - Diciembre)
(Física II)
Diseñada por
Ramón Esteban Álvarez Vega
moonchiee@gmail.com
Introducción | Tarea | Proceso | Evaluación | Conclusión | Créditos | Guía para el profesor

Introducción
En el siguiente documento se hablara de la teoría cinética de los gases, de las características y sus usos en la actualidad.
Las moléculas de los gases están dotadas de velocidad de traslación considerable para un mismo gas, esta velocidad que depende solamente de la temperatura. En sus movimientos desordenados chocan unas contra otras, repeliéndose constantemente, de lo que resulta una fuerza contra las paredes del recipiente que lo contiene y que es causa de la presión de los gases
a) Por carecer de forma y volumen propio, debido a su fluidez.
b) Son comprensibles, es decir su volumen puede disminuir cuando se ejerce una fuerza sobre ellos.
c) Son elásticos porque recuperan su volumen cuando cesa la fuerza que los ha comprimido.
d) Son expansibles porque tienden a ocupar un volumen cada vez mayor.
De qué hablamos cuando decimos ¿Teoría Cinética de los gases? ¿Qué se puede experimentar con ellos?



 


La Tarea
http://www.isabelperez.com/webquest/checkmark1.gifUsted como alumno, su trabajo final será resolver cada uno de los siguientes problemas que con ayuda de la teería cinética de los gases los podrán resolver.
Ejercicios:
  1. Encuentre la velocidad rms de moléculas de nitrógeno en condiciones estándar, 0ºC y 1 atm. Recuerde que un mol de cualquier gas ocupa un volumen de 22,4 litros en condiciones estándares. (493 m/s)

  1. Un globo aerostático de investigación a grandes alturas contiene gas helio. A su altura máxima de 20 km, la temperatura exterior es de –50 ºC y la presión se ha reducido a 1/19 atm. El volumen del globo en este punto es de 800 m3. Suponiendo que el helio tiene la misma temperatura y presión que la atmósfera circundante, encuentre el número de moles de helio en el globo. (2,3 kmol)

  1. Un globo esférico de 4.000 cm3 de volumen contiene helio a una presión (interna) de 1,2x105 N/m2. ¿Cuántos moles de helio hay en el globo, si cada átomo de helio tiene una energía cinética promedio de 3,6x10-22 J? (3,32 kmol)


  1. Un cilindro contiene una mezcla de gases helio y argón en equilibrio a 150 ºC. ¿Cuál es la energía cinética promedio de cada molécula? (8,76x10-21 J)

  1. a) Determine la temperatura a la cual la velocidad rms de un átomo de He es igual a 500 m/s, b) ¿cuál es la velocidad rms del He sobre la superficie del sol, donde la temperatura es de 5.800 K? (a) 40,1 K, b) 6,01 km/s)


  1. Si la velocidad rms de un átomo de helio a temperatura ambiente es 1.350 m/s, ¿cuál es la velocidad rms de una molécula de oxígeno (O2) a esta temperatura? La masa molar del O2 es 32 y la masa molar del He es 4. (477 m/s)

  1. Un mol de gas xenón a 20 ºC ocupa 0,0224 m3. ¿Cuál es la presión ejercida por los átomos de Xe sobre las paredes del recipiente? (109 kPa)


  1. Calcule el cambio en la energía interna de 3 mol de gas helio cuando su temperatura se incrementa en 2 K. (75 J)

  1. Un mol de un gas monoatómico ideal está a una temperatura inicial de 300 K. El gas se somete a un proceso isovolumétrico en el que adquiere 500 J de energía térmica. Después se somete a un proceso isobárico en cual pierde esta misma cantidad de energía térmica. Determine: a) la nueva temperatura del gas, y b) el trabajo realizado sobre el gas. (a) 316 K, b) 200 J)


  1. Un mol de gas hidrógeno se calienta a presión constante desde 300 K hasta 420 K. Calcule a) la energía térmica transferida al gas, b) el aumento en su energía interna, y c) el trabajo hecho por el gas. (a) 3,46 kJ, b) 2,45 kJ, c) 1,01 kJ)

  1. ¿Cuál es la energía térmica de 100 g de gas He a 77 K? ¿Cuánta energía debe agregársele para calentarlo hasta 24 ºC? (24 kJ, 68,7 kJ)


  1. Una habitación de una casa bien aislada tiene un volumen de 100 m3 y se llena con aire a 300 K. a) Encuentre la energía necesaria para aumentar la temperatura de este volumen de aire en 1 ºC. b) Si esta energía pudiera utilizarse para levantar un objeto de masa m hasta una altura de 2 m, calcule el valor de m. (a) 118 kJ, b) 6,03x103 kg)
  2. Dos moles de un gas ideal (g = 1,4) se expande lenta y adiabáticamente desde una presión de 5 atm y un volumen de 12 litros hasta un volumen final de 30 litros. a) ¿cuál es la presión final del gas?, b) ¿cuáles son las temperaturas inicial y final? (a) 1,39 atm, b) 366 K, 254 K)


  1. Durante la carrera de compresión de cierto motor de gasolina, la presión aumenta de 1 a 20 atm. Suponiendo que el proceso es adiabático y reversible y que el gas es ideal con g = 1,4, a) ¿en qué factor cambia el volumen, b) en qué factor cambia la temperatura? (a) 0,118, b) 2,35)

  1. El aire en un nubarrón se expande conforme se eleva. Si su temperatura inicial era de 300 K, y no se pierde energía térmica en la expansión, ¿cuál es la temperatura cuando se duplica el volumen inicial? (227 K)


  1. Un mol de un gas diatómico ideal ocupa un volumen de un litro a una presión de 0,1 atm. El gas experimenta un proceso en el que la presión es proporcional al volumen, y al final del proceso, se encuentra que la velocidad del sonido en el gas se ha duplicado a partir de este valor inicial. Determine la cantidad de energía térmica transferida al gas. (91,2 J)

  1. Un recipiente de 5 litros contiene 0,125 moles de un gas ideal a 1,5 atm. ¿Cuál es la energía cinética trasnacional promedio de una sola molécula? (1,51x10-20 J)

El Proceso
Para poder resolver los siguientes problemas:
1.    Puedes ayudarte de tus compañeros en parejas.
2.    Leer en tu libro de texto de Física sobre la Teoría cinética de los gases.
3.    Hacer un formulario para mayor comprensión.
4.    Por último, comprueba con otro equipo resultados para asegurarse que estén correctos.


Evaluación
http://www.isabelperez.com/webquest/checkmark1.gifDescriba a los alumnos cómo se evaluará su realización o producto final. Asímismo, especifíque si habrá o no una nota común para el trabajo en grupo y otra para el trabajo individual.
A continuación tiene un cuadro tipo en el que puede insertar los aspectos a evaluar en su WebQuest. Si lo necesita puede añadir más filas a la tabla. Para ver un ejemplo concreto de plantilla de evaluación pulse aquí

Incompleto
1
Medio
2
Bien
3
Excelente
4
Nota
Presentación del documento
Solo problemas e inclompletos.
Problemas Resueltos
Portada y problemas
Introducción, desarrollo (problemas) y conclusión.

Problemas
5 Correctos
9 correctos
12 correctos
17 correctos



Conclusión
Los gases, aunque no se puedan ver, constituyen una gran parte de nuestro ambiente, y quehacer diario, ya que ellos son los responsables de transmitir: sonidos, olores, etc. Los gases poseen propiedades extraordinarias, como por ejemplo: que se puede comprimir a solamente una fracción de su volumen inicial, pueden llenar cualquier contenedor, o que el volumen de una gas comparado con el mismo componente, sólido o líquido tiene una diferencia de casi 800 veces la proporción. Esto hace posible de que una cantidad n de un gas puede entrar en un contenedor cualquiera y que este gas llenaría el contenedor...
A simple vista no apreciamos los gases, pero sabemos que están allí, y podemos saber que propiedades tienen en ese lugar en específico, una variación en la temperatura al igual que un cambio en la presión alteraría los factores de un gas. Sabiendo esto, podemos manipular los gases a nuestro antojo.



Créditos & Referencias

Guía para el profesor
Este trabajo está en el área de la ingeniería, ya que es arte de la física, para alumnos de preparatoria y universidad.
El objetivo es la importancia de los gases, los usos y la cinemática.

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