viernes, 13 de enero de 2017
sábado, 7 de enero de 2017
UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO
ESCUELA NACIONAL PREPARATORIA PLANTEL NÚM. 7 "EZEQUIEL A. CHÁVEZ"
TEORÍA CINÉTICA DE LA MATERIA
Objetivó del blog:
Brindar información a jóvenes que estén realizando tareas sobre la teoría cinético molecular y todo lo relacionado a ella, con el fin de que la información sea clara y precisa para su mejor comprensión
Brindar información a jóvenes que estén realizando tareas sobre la teoría cinético molecular y todo lo relacionado a ella, con el fin de que la información sea clara y precisa para su mejor comprensión
Con aplicaciones en área II Quimico-biologicas
ÁREA II: CIENCIAS BIOLÓGICAS Y DE LA SALUD
ASIGNATURA: FÍSICA IV
PROFRA: DÍAZ MARTINEZ ANTONIA MARÍA TERESA
Movimiento Browniano
MOVIMIENTO BROWNIANO
El movimiento Browniano
consiste en el movimiento al azar de partículas en un fluido”. En 1828 el
Botánico y Naturalista Escoces Robert Brown (1773-1858) observo que en una
solución de agua la partícula del polen de cierta hierva (Clarkia Pulchella)
realizaban un movimiento continuo, muy accidentado, en zigzag. El movimiento
era al azar, como si las partículas estuvieran vivas. En primer lugar, quiso
saber cuál era la causa de que el polen se estuviera moviendo todo el tiempo.
Como primera hipótesis de trabajo surgió la posibilidad del que el polen tenia
vida. En consecuencia, puso dentro de un recipiente con agua el polen de
plantas que habían muerto cien años antes, y observo que este polen hacia el
mismo tipo de movimiento.
En 1827 un famoso botánico llamado Robert
Brown hizo el mismo experimento pero con objetos inanimados más pequeños y
minerales observo que hacían el mismo movimiento al suspender unos pequeños
granos de polen en agua, estos presentaban un movimiento irregular, este
fenómeno fue llamado movimiento browniano en honor a su trabajo pionero. Brown
demostró que el movimiento estaba presente en cualquier suspensión de
partículas finas de vidrio y minerales, por lo que descartó cualquier origen
orgánico de este movimiento. EL problema
del movimiento Browniano no fue resuelto hasta que Einstein en 1905 dio una
explicación satisfactoria, os dos puntos principales en la explicación de Einstein
al problema del movimiento Browniano son:
- El movimiento es causado por los impactos frecuentes en el grano de polen de las moléculas del líquido, las cuales están en un movimiento incesante.
- El movimiento de estas moléculas es tan complicado, que su efecto en el grano de polen puede describirse solo probabilísticamente, en términos de los impactos frecuentes estadísticamente independientes.
IMPORTANCIA
DEL MOVIMIENTO BROWNIANO EN LA TEORÍA CINÉTICA DE LA MATERIA
La historia del movimiento
browniano comenzó como la paradoja entre la teoría cinética y la Termodinámica,
y llevó al debate filosófico entre L. Bolzmann y los energeticistas (E. Mach y
W. Ostwald) para resolver la paradoja de la reversibilidad/irreversibilidad,
que se logró a través de la interpretación estadística del movimiento de las
partículas individuales.
En 1905 Einstein aplicó la teoría cinética al
movimiento browniano de una partícula pequeña inmersa en un fluido y sus
ecuaciones fueron confirmadas por los experimentos de Perrín en 1908,
convenciendo de esta forma a los energéticos de la realidad de los átomos y molécula.
Segundo artículo, publicado en
Annalen der Physik, nº 17, con fecha de 11 de mayo de 1905, páginas 549-560
“Über die von der
molekularkinetischen Theorie der Wärme geforderte Bewegung von in ruhenden
Flüssigkeiten suspendierten Teilchen”
(Sobre el movimiento requerido
por la teoría cinética molecular del calor de pequeñas partículas suspendidas
en un líquido estacionario)
Introducción
breve:
En el año 1827 el botánico
escocés, Robert Brown, había descubierto que los granos de polen se movían al
flotar en un líquido en reposo. Los granos que flotan presentaban un movimiento
impredecible a pesar de que el líquido estaba en total reposo. Aunque se
intentó explicar el fenómeno durante décadas, nunca se había conseguido una
explicación aceptable del mismo. Al mismo tiempo, existía una enorme controversia
sobre la existencia real de los átomos.
La explicación que da Einstein
en este artículo de 1905 es que los granos de polen que vio Brown se mueven
porque las partículas microscópicas que los forman colisionan, como si fueran
bolas de billar, con las partículas que forman el agua. La existencia de esas
partículas microscópicas, los átomos, quedaría, por tanto, probada. Explica,
pues, el fenómeno haciendo uso de las estadísticas del movimiento térmico de
los átomos individuales que forman el fluido. La explicación de Einstein proporcionaba
una evidencia experimental incontestable sobre la existencia real de los
átomos. Se convertiría, en definitiva, este artículo, en una de las bases de la
Mecánica Estadística y de la Teoría Cinética de los Fluidos.
El Movimiento browniano se
observa en partículas que flotan en un líquido en reposo.
Para una mayor información consultar
los siguientes videos:
APLICACIÓN EN EL ÁREA
Una de las aplicaciones que
tiene el movimiento browniano en las ciencias bilógicas y de la salud es
permitir el estudio de las bacterias (microbiología) donde se espera un
dispositivo que permita conocer los sonidos del mundo a escala microscópica.
Saber cómo suenan las bacterias al moverse o las partículas microscópicas
suspendidas en un líquido (como el polen dentro de una gota de agua) serán
algunas de sus posibilidades. Asimismo, se pueda escuchar cómo se desplazan las
bacterias por la sangre y, por tanto, desarrollar medicamentos que detengan su
expansión por el organismo. Otra aplicación que se tiene es en la fisioterapia
pues uno de los tratamientos que supone esta ciencia es la termoterapia basada
en la técnica del calor, este define una forma de energía de movimiento que
incluso puede hacerse evidente en la forma del movimiento molecular browniano.
Bibliografía:
- Revista de Física de la Universidad de Sonora 26, 32. (2007).
- Tipler A. Paul. Física moderna, (reimpresión), Barcelona, ed. Reverte, 1980, p.p. 57-93.
- Dr. Castelfranchi Cayetano. Física moderna, segunda edición, Barcelona, ed. Gustavo Gili S.A, 1985, p.p 50-52.
- Cromer H. Alan. Física para las ciencias de la vida, segunda edición, Barcelona, ed. Reverte, 1996, p.p 190-193.
- “El movimiento browniano” B. H. Lavenda. Investigación y Ciencia Nº 16: Calor y movimiento.
viernes, 6 de enero de 2017
Presión y Temperatura bajo la Teoría Cinética de la Materia
PRESIÓN Y TEMPERATURA
Presión
Un
líquido contenido en un recipiente ejerce fuerza contra las paredes de
éste. Para describir la interacción entre el líquido y las paredes
conviene introducir el concepto depresión, que se obtiene
dividiendo la fuerza entre el área sobre la cual actúa la fuerza:
Presión =fuerza/área
La
presión que un líquido ejerce depende de la profundidad; sin
embargo, también depende de la densidad. Si te sumergieras en un líquido más
denso que el agua la presión sería mayor. La presión de un líquido es
exactamente igual al producto de la densidad de peso por la profundidad:
Presión del líquido = densidad del peso ×
profundidad
Esta ecuación de las definiciones de presión y
densidad. Imagina una superficie en el fondo de un recipiente con líquido. El
peso de la columna del líquido que hay directamente arriba de esa área produce
presión. Según la definición:
Densidad de peso=peso/volumen
Se
puede expresar este peso de líquido como:
Peso = densidad de peso × volumen
Donde el volumen de la columna es tan sólo el área multiplicada
por la profundidad. Entonces, se obtiene:
= densidad de peso x profundidad
Para la
presión total, a esta ecuación se debería sumar la presión debida a la
atmósfera sobre la superficie del líquido.
Dicho con sencillez, la presión que ejerce un
líquido contra las paredes y el fondo de un recipiente depende de la
densidad y la profundidad del líquido. Si no se tomara en cuenta la presión
atmosférica, a una profundidad doble, la presión del líquido contra el fondo
sube al doble; a tres veces la profundidad, la presión del líquido es el
triple, y así sucesivamente.
O bien, si el líquido tiene dos o tres veces la densidad, la presión del
líquido es, respectivamente, dos o tres veces mayor, para determinada
profundidad. Los líquidos son prácticamente incompresibles; esto es, su volumen
casi no puede cambiar debido a la presión. Así excepto por
los cambios pequeños producidos por la temperatura, la densidad de un
líquido en particular es prácticamente igual a todas las profundidades.
Si presionas tu mano contra una superficie, y
alguien más ejerce presión sobre tu mano en la misma dirección, entonces la
presión contra la superficie es mayor que si sólo tú presionaras. Lo mismo
sucede con la presión atmosférica que presiona sobre la superficie de un
líquido. La presión total de un líquido, entonces, es densidad de peso
× profundidad más la presión de la atmósfera.
Temperatura
Toda la materia (sólida, líquida y gaseosa)
está formada por átomos o moléculas en constante movimiento. A causa de su
movimiento aleatorio las moléculas y los átomos de la materia tienen energía
cinética. La energía cinética promedio de las partículas individuales
influye en lo caliente que se sienta algo. Siempre que algo se calienta sabemos
que aumenta la energía cinética de sus átomos y moléculas.
Golpea una moneda con un martillo y
calentará porque el golpe del martillo hace que
los átomos en el metal se muevan con mayor rapidez. Si pones un
líquido sobre una llama, éste se calentará. Si comprimes con rapidez aire
en una bomba de neumático el aire en el interior se calentará.
Cuando esta distinción sea importante,
utilizaremos el término presión total. De otra forma, nuestros
análisis de la presión de un líquido se referirán a la presión sin considerar la
presión atmosférica que normalmente siempre está presente.
Cuando un sólido, líquido o gas se calienta, sus átomos o moléculas se
mueven con más rapidez: tienen más energía cinética.
La cantidad que indica lo caliente o frío que
está un objeto con respecto a una norma se llama temperatura. El
primer “medidor térmico” para medir la temperatura, el
termómetro, fue inventado por Galileo en 1602 (la palabra térmico proviene
del término griego para indicar “calor”).
Casi todos los materiales se dilatan, o
expanden, cuando se elevan sus temperaturas, y se contraen cuando éstas bajan.
Así, la mayoría de los termómetros miden la temperatura debido a la expansión o
contracción de un líquido, que suele ser mercurio, o alcohol teñido, en un tubo
de vidrio con escala.
Los
líquidos y los sólidos también se expanden cuando aumenta su temperatura. A
este fenómeno se le llama dilatación. El termómetro funciona porque la
sustancia que contiene se expande cuando aumenta su temperatura, y se contrae
cuando su temperatura baja.
Recordarás que el modelo cinético de la
materia propone que la temperatura de un cuerpo está relacionada con la
velocidad promedio a la que se mueven las partículas. Así es; cuando una
sustancia se calienta, las partículas que la conforman se mueven más rápido, se
alejan cada vez más unas de otras y, en consecuencia, ocupan más espacio. A
nivel macroscópico lo que observamos es que el sólido o el fluido se expanden.
En el
modelo cinético, la temperatura se define como el promedio de la
energía cinética de las partículas que componen el material.
APLICACIÓN EN EL ÁREA
Es sorprendente, podernos dar cuenta que la física está en todas partes, pongamos de ejemplo la "tromboflebitis", comúnmente conocida como "várices", que es básicamente la inflamación de una vena, pero... ¿Cuáles son los factores que influyen?, en el caso de la mujer, es el uso de tacones, ya que con estos se tiene una menor área de apoyo y como consecuencia se ejerce una presión mayor al piso. De tal forma que podemos decir que la fuerza ejercida por la presión en un fluido es la misma en todas direcciones a cualquier profundidad y su magnitud depende de la profundidad.
Para
asombro de muchos, no sólo el uso de tacones es causa de este
padecimiento, de igual forma las posibilidades de desarrollarlo aumentan
considerablemente al vivir en una zona cálida, ya que los líquidos tienden a
dilatarse al aumentar su temperatura, el volumen de la sangre que contiene la
vena, aumenta.
jueves, 5 de enero de 2017
Gases
Ley General de los Gases y Leyes de los Gases
El estado gaseoso es aquel en el cual las fuerzas intermoleculares de atracción (la atracción que una molécula ejerce hacia otra) son lo suficientemente pequeñas para permitir movimientos rápidos e independientes de las moléculas.
El comportamiento físico de un gas, es independiente de su composición química y se define por medios de las variables: volumen, presión, temperatura y el número de moles de la sustancia.
La cantidad de volumen de la materia condensada se relaciona con la cantidad de materia presente y también con la variación de la temperatura,. La cantidad de gas en determinado recipiente contribuye a determinar la presión en su interior y esa presión P, junto con la temperatura T y el volumen V.
Existen leyes que se encargan de explicar ésto y aplican siempre y cuando las moléculas no se acerquen demasiado entre sí.
-Ley de Boyle-Mariotte
El científico Robert Boyle (1626-1691) realizó estudios sobre la comprensibilidad de los gases. Boyle descrubrió la relación entre la presión ejercida por un gas y el volumen ocupado por el mismo. Boyle no presentó esta relación en forma de ley física sino como una generalización.
Edme Mariotte (1620-1684) físico francés estudió la compresión de los gases y descubrió con Boyle su ley.
 |
| Robert Boyle |
Ambos científicos Boyle-Mariotte de forma independiente llegaron a la misma ley, sólo que Boyle no especificó que la temperatura debía ser constante y Mariotte si.
La ley dice:
"A temperatura constante, el volumen que ocupa una cantidad fija de un gas, es inversamente proporcional a la presión aplicada"
Es decir, si se mantiene constante la temperatura, el volumen de un gas varía en proporción inversa a la presión absoluta, la presión absoluta por el volumen es constante.
 |
| Edme Mariotte |
Matemáticamente
PV=K y ésto es igual a PiVi=PfVf
donde:
Pi= presión inicial Vi= volumen inicial
Pf=presión final Vf=volumen final K=constante.
La ecuación establece para una cantidad determinada de cualquier gas a una temperatura constante, el producto de su volumen por la presión es igual a una constante. Si la presión aumenta, el volumen debe disminuir para que el producto PxV se mantenga constante.
La relación inversa entre P y V que se predice e la ley de Boyle está representada en la anterior imagen, sin embargo, los gases reales no siguen con exactitud éste comportamiento (línea blanca).
A presiones muy latas, el volumen medio siempre es superior al calculado a partir de la ley de Boyle. A presiones muy bajas, un gas real sigue muy de cerca la ley de Boyle y su comportamiento se identifica como real.
-Ley de Charles
Jaques Charles investigó el efecto de los cambios de temperatura sobre el volumen de una cantidad determinada de gas mantenida a presión constante. Encontró que si una gas se calienta de manera que la presión permanezca constante, se dilatará. La ley establece:
"A presión constante, el volumen de una cantidad específica de gas varía directamente con su temperatura absoluta"
Matemáticamente:
V/T= K y ésto es Vi/Ti=Vf/Tf
donde:
Vi=volumen inicial Vf=volumen final
Tf= temperatura final Ti= temperatura inicial k = constante
Si se hace una gráfica con los datos reunidos de un experimento como éste, se obtiene una gráfica semejante a la de la imagen, en la que el volumen se relaciona con la temperatura en grados Celsius. Cada línea representa el resultado de una serie de mediciones llevadas a cabo con una cantidad deferente de gas. Las líneas rectas obtenidas muestran que hay una proporción directa entre el volumen de un gas y su temperatura.
-Leyes de Gay- Lussac
Gay.Lussac
Cuando se calienta un gas en un recipiente de volumen constante, su presión aumenta. Gay-Lussac con sólo encerrar un gas en un matraz y obturando con un líquido el conducto por donde se ejerce la presión atmosférica y posteriormente calentando un poco el conjunto que el volumen de una cantidad determinada de gas se mantiene constante(en cualquier recipiente cerrado), la presión del gas varía directamente con la temperatura absoluta.
"cuando se mantiene constante el volumen la presión absoluta de determinada cantidad de cualquier gas varía en relación directa con la temperatura termodinámica"
Matemáticamente:
P/T=K y ésto es igual a PiTi=PfTf(relación de temperaturas)
donde:
Pf= presión final Pi=presión inicial Ti=tempueratura incial Tf=temperatura final
K= constante
Ley General de los gases
Esta ley combina las variables de presión P, Volumen V y temperatura T de las leyes de Boyle, Charles y Lussac para calcular un nuevo volumen cuando cambian tanto la presión como la temperatura y se enuncia así
"Los volúmenes ocupados por una masa gaseosa son directamente proporcionales a las temperaturas absolutas e inversamente proporcionales a las presiones que soporta"
PV/P'V'/T'
APLICACIÓN DE LAS LEYES DE LOS
GASES AL ÁREA DE LAS CIENCIAS BILÓGICAS Y DE LA SALUD
En medicina existen gases
medicinales, aquellos gases que por sus características específicas son utilizadas
para el consumo humano, algunos de los gases más utilizados son:
- El oxígeno: actualmente considerado como un medicamento. Los campos de aplicación más usuales son: terapia respiratoria, reanimación, unidad de cuidados intensivos, anestesia, creación de atmósferas artificiales, tratamiento de quemaduras, terapia hiperbárica, tratamiento de hipoxias.
- El aire medicinal se obtiene mediante la compresión de aire atmosférico purificado y filtrado o de la mezcla de oxígeno y nitrógeno en proporciones 21% y 79% respectivamente. Las aplicaciones se pueden clasificar en: Tratamiento (asistencia respiratoria, incubadoras, oxigenoterapia), diagnóstico (análisis biológicos, cromatografía con detector de ionización de llama).
- El óxido nitroso (mezclado con Oxígeno 21% en volumen) es ampliamente utilizado como analgésico inhalable en todas las ramas de la medicina y odontología. Identificado por Joseph Priestley (1733–1804), y utilizado por primera vez en 1844 en odontología.
- El vacío es simplemente una depresión del aire atmosférico. Actualmente como forma parte de las instalaciones centralizadas de gases medicinales es considerado como tal, utilizado en: limpieza de vías respiratorias, drenajes generales de sangre y secreciones, limpieza de heridas en cirugía, limpieza del campo de trabajo en quirófano.
Bibliografía
-James E. Brady. Gerdard E, Humiston.(1993).Química Biblioteca científica Tecnológica. México:Limusa Pp. 229-242
- Goldemberg. Física general y experimental. Editorial Interamericana (1972).
lunes, 2 de enero de 2017
- TEORÍA CINÉTICA MOLECULAR
Busca explicar el comportamiento de la materia a través de ciertos postulados.
Los cuales son:
- La materia está constituida por partículas, ya sean átomos individuales o bien moléculas poli-atómicas.
- Las partículas mencionadas están en continuo movimiento.
- A mayor temperatura, el movimiento de las partículas es mayor, y por lo tanto la energía cinética aumenta.
- Los choques entre las partículas son elásticos, es decir no hay perdida de la Energia cinética, sólo transmisión, así como entre las partículas y las paredes del recipiente.
De acuerdo a esta teoría podemos también explicar el caso de los gases
- Los gases están formados por partículas, las cuales están en continuo movimiento, azaroso y rectilíneo.
- La distancia entre las partículas de los gases es muy grande por lo que las demás partículas no influyen salvo si hay algún choque.
En el siguiente video explica mas a fondo los principales postulados de la teoría cinético molecular así como las propiedades de los gases como fluidos.
El siguiente video fue tomado de: https://www.youtube.com/channel/UCCY6xIXHmGBGZUgUYxtfKSg
El siguiente video fue tomado de: https://www.youtube.com/channel/UCCY6xIXHmGBGZUgUYxtfKSg
En el video a continuación explica la teoría cinético molecular de los gases.
El siguiente video fue tomado de: http://traful.utem.cl/portal/
El siguiente video fue tomado de: http://traful.utem.cl/portal/
Bibliografía
PuntajeNacionalChile. (2013). Teoria cinético-molecular. diciembre 23, 2016, de Puntaje Nacional Chile Sitio web: https://www.youtube.com/watch?v=G300mQ59FE4
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