Termodinámica (parte 1): teoría molecular de los gases

después de todo el trabajo que hemos hecho con fluidos a lo mejor tienes una muy muy buena idea de lo que la presión es ahora vamos a pensar un poquito de lo que realmente significa especialmente cuando pensamos en un gas metido en algún volumen digamos nada más hay que recordar la diferencia entre gas y líquidos los dos son fluidos pero un gas es compresible mientras que un líquido es incomprensible verdad así que vamos a empezar a enfocarnos en los gases digamos que tenemos un contenedor este contenedor y que además voy a tener un montón de gas ahí adentro porque allí de qué está hecho el gas va no está hecho realmente de un montón de moléculas de gas ni del mismo gas y ahí estaban un montón de moléculas los voy a pintar así muchos muchos muchos muchos muchos de los que he dibujado por eso se van a mover al azar digamos en todas las direcciones es de lo mejor puede ir muy rápido hacia acá está un poquito más lento este en esta otra dirección todos tienen sus vectores velocidad verdad y están constantemente rebotando entre ellos ok y chocando y cambiando la velocidad en general especialmente en este nivel de la física suponemos que este es un gas ideal no es decir que todos los choques todos los choques son que ocurren son sin pérdida de energía esencialmente son choques elásticos de verdad entre las diferentes moléculas no hay pérdida del momento tengamos eso en mente y todo lo que vamos a ver desde la prepa o bueno todo lo que se ve en prepa son gases ideales así que vamos a pensar en la presión en este contexto así que bueno todo lo que sabemos sobre la presión es digamos una fuerza que se imprime sobre una área no y si pensamos en la presión en esta en esta cara déjeme déjenme tomar esta en este lado esta superficie del contenedor cuál es cuál es la presión que va a ser generada en esta superficie va a ser generada por justo las millones y billones y trillones de pequeños choques cada vez verdad en cada momento déjenme déjenme poner este es el lado digamos este es el lado del contenedor cada segundo hay un montón de estas pequeñas moléculas de gas que se están moviendo por ahí y si tomamos un arbitrario periodo de tiempo siempre van a estar rebotando en este lado verdad entonces digamos que estamos buscando un tiempo en una en una super pequeña fracción de tiempo y en cada período de tiempo estos están aquí chocando o a lo mejor estos están rebotando sé de esta forma este cambio de momento y se va a justo así esto puede haber rebotado así quién sabe lo que está pasando es que en cualquier momento como hay tantas moléculas siempre va a haber siempre va a haber algunas moléculas que están chocando en este en este lado de la pared verdad cuando cuando chocan tienen un cambio de momento entonces de hecho la fuerza es el cambio cambio en el momento / el cambio en el tiempo lo que estoy diciendo es que en un intervalo de tiempo en algún periodo de ese tiempo un montón de partículas están cambiando su momento en la en este lado del mundo verdad así que eso es lo que está generando una fuerza y si pensamos en cómo podemos promediar esto porque es bastante difícil seguirle el paso a cada partícula individualmente y cuando hacemos estado de cinemática y demás bueno estamos realmente lidiando con un gas verdad y esto en un nivel macro no puedes llevar una noción de todo lo que está pasando con cada una de las moléculas de hecho podemos decir que en promedio estas muchas partículas están cambiando su momento en esta pared así que la fuerza ejercida en esta pared de la de esta superficie va a ser x lo que sea lo que sabemos es que la fuerza es cuando conocemos el área de esta pared podemos decir que la presión es igual a la fuerza entre el área verdad de ahí podemos despejar la fuerza pero bueno esto de qué nos sirve como nos ayuda a esto quería darles primero un poco de intuición para que vean cómo cómo se da realmente está este tipo de fórmulas que realmente necesitas conocer en termodinámica y así como vamos a ir en los siguientes vídeos espero probarles porque esto funciona y no solo es intuición ahora ahora entiendes cuál es el contexto de un gas en un contenedor verdad con esto fuera del camino déjenme darles una fórmula y espero que al final de este vídeo ya tengan intuición de por qué esta fórmula funciona en general si tenemos un gas ideal en un contenedor tenemos que la presión ejercida en el gas del gas o en el lado del contenedor o de hecho en cualquier punto del gas no este derecho todo se vuelve homogéneo verdad ya hablaremos dentro bien en futuros vídeos pero bueno en su superficie tenemos que la presión por el volumen es igual a una constante ok veremos en vídeos futuros que este es proporcional al promedio de la energía cinética de las moléculas que están rebotando si las moléculas se están moviendo mucho más rápido entonces vas a tener más energía cinética y va a estar cambiando más el momento en los lados y entonces tendrías mayor presión ahora vamos a ver si podemos dar más intuición de por qué la presión por la témpera perdón por el volumen es de esta forma de gm ok con otro color digamos que aquí tengo un montón de de moléculas de un gas en este contenedor un montón y justo como les mostré anteriormente en todo lo que borre estos están rebotando por todos lados a cierta nose cierta velocidad no sé en cada una de las moléculas puede tener distinta energía pero bueno como se están transfiriendo momento las zonas o las otras en promedio podemos hablar de que tienen una energía cinética dada no porque se mantienen rebotando y chocando con las con los muros de este contenedor ahora qué pasa si pudiera yo apachurrar la cajita y y algo más chico el volumen de esta caja digamos que ahora ya tengo esta cajita así apachurrada ahí tengo tengo esta misma caja con el mismo gas pero ya lo hice más pequeño así que hice más pequeño el volumen que es lo que va a suceder bueno tengo el mismo número de moléculas aquí ok el mismo número de moléculas con la misma energía cinética en y en promedio están moviéndose a la misma velocidad así que qué es lo que va a ocurrir van a estar golpeando los lados con mayor frecuencia verdad porque aquí bueno aquí por ejemplo choca en un lado y en lo que rebota y choca lo otro bueno esto en el lado en la cajita más pequeña es más más rápido verdad tienen un cambio de momento más rápido así que vas a tener que cada partícula está ejerciendo más fuerza en cada una de las superficies porque va a estar golpeándolo con mayor frecuencia en el tiempo verdad así que tienes más fuerza en la superficie y vamos a tener por consecuencia mayor presión así que espero que esto les haya dado intuición de qué pasa con la presión en esta situación si yo apachurra el volumen entonces la presión aumenta otra otra idea por ejemplo para pensar es qué pasa con un globo bueno el aire interno con el que lo llenas digamos helio o cuando tú exhalas digamos dentro del globo este mientras mas trátase apachurrar el globo ok tienes que a para curarlo en todas las direcciones verdad esto es más difícil de hacer porque hay cada vez mayor presión que en que imprime el gas en en las paredes del globo entonces si el volumen baja entonces la presión aumenta y eso tiene sentido verdad esto se sigue cuando multiplicas ambos y tiene que ser la misma constante bueno de ahí se sigue no entonces qué pasa si el volumen lo haces más grande digamos que hago esto mucho más grande bueno esto debió haber sido proporcional a la figura inicial pero espero que entiendan la idea entonces tienen un mayor número de partículas y si tuviera una partícula aquí digamos en cierto periodo de tiempo está chocando para entonces está chocando en las paredes varias veces en esta situación le toma mayor tiempo chocar e ir hasta el otro lado de hasta el otro muro así que las partículas en promedio van a estar colisionando con menor frecuencia y las paredes buenos ejercerá menor fuerza sobre el área verdad de la de las paredes así que si el volumen aumenta en este caso la presión del contenedor baja espero que esto les dé un poquito de intuición y así no se les olvide lo que la presión por la por el volumen es una constante verdad después usaremos esto en próximos vídeos porque se me está acabando el tiempo