Cultura y ciencia

Densidad vs temperatura de un gas

Escrito por david chandler | Traducido por adrian aguado galindo
Densidad vs temperatura de un gas

Los globos de aire caliente se elevan debido a la relación entre densidad y temperatura.

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La relación entre la masa y el volumen de una sustancia se refiere como densidad y se define por la fórmula que dice que la densidad es igual a la masa dividida entre el volumen (densidad=masa/volumen). O puesto de otra manera, la densidad nos dice cuanto espacio es ocupado por una cantidad de materia dada. Tanto la temperatura como la presión afectan el volumen de la sustancia y, en consecuencia, su densidad. De esta manera, la densidad de una sustancia esta dada por lo general en relación a la temperatura y presión específicas.

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Teoría cinética

Toda materia está hecha de partículas diminutas. La cantidad de energía en cada partícula se traduce en la temperatura de dicha partícula. A mayor energía, mayor será la temperatura. El estado de la materia (sólido, líquido y gaseoso) depende de la cantidad de energía en cada partícula y la atracción entre ellas.

Gases

Los gases se distinguen fácilmente de los líquidos y sólidos por su forma y volumen. Mientras que los sólidos poseen una forma y volumen rígidos y los líquidos poseen una forma fluida pero un volumen relativamente rígido, los gases exhiben una forma y volumen elásticos. Esta fluidez en la forma y volumen resulta de la alta cantidad de energía de las partículas que soportan la atracción de otras partículas. Esta energía elevada permite a los gases expandir y comprimir su volumen y fluir para adoptar cualquier forma.

Ley de Charles

Mientras que la temperatura de una sustancia determina de manera fundamental si será un sólido, líquido o gas, determina también el volumen de los gases. Asumiendo que la presión y la cantidad del gas son constantes, un incremento en la temperatura del gas resultará en un correspondiente incremento de volumen. La relación entre la temperatura y el volumen se llama ley de Charles.

Ley del gas ideal

La ley de Charles y otras observaciones basadas en gases se han incorporado en un solo principio llamado la ley del gas ideal. Esta ley establece que, en un gas ideal, la relación entre volumen, presión, temperatura y masa es de PV=nRT, donde P es la presión, V es el volumen, n es el número de moles (una unidad de masa), R es la constante del gas y T es la temperatura. Mientras que esta ley se aplica específicamente a un gas ideal, muchos gases se aproximan a ella bajo muchas condiciones. Debe notarse de manera particular la inclusión de la densidad (masa y volumen) y la temperatura, indicando así una relación entre las tres propiedades.

Temperatura y densidad del gas

Al observar la relación entre el volumen y la temperatura de un gas, debe esperarse también que haya una relación entre la temperatura y la densidad del gas debido a que la densidad se deriva, en parte, del volumen. Este es el caso de los gases conforme disminuyen su actividad (asumiendo que la presión es constante) conforme aumenta la temperatura. En términos de la teoría cinética, conforme la energía de las partículas aumenta (aumento de temperatura) se dispersan alejándose entre sí (aumento de volumen). De la misma manera, si la temperatura del gas cae, su densidad lo hará también.

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