Manual conciso de física

Fórmulas para secciones clave

Teoría Cinética de la Materia

una teoría física que explica las propiedades y el comportamiento de la materia a través del movimiento y la interacción de sus partículas más pequeñas: átomos, moléculas e iones.

1. Disposiciones Básicas de la Teoría Cinético-Molecular

Concentración Molecular:

Fórmula para la concentración molecular: n = N / V — relación del número de moléculas con el volumen

n= NV
¿Qué significa esta fórmula?

n — concentración de partículas (moléculas) por unidad de volumen. Se utiliza para calcular la presión y otras magnitudes macroscópicas en un gas.

Ecuación Principal de la TCM:

Fórmula para la presión del gas ideal: P = (1/3)·m·n·v²̄ — relación de la presión con la masa, concentración y velocidad cuadrática media de las moléculas

P= 13· m·n· v2¯
Significado Físico

La presión del gas se explica por las colisiones moleculares con las paredes.
m — masa de una partícula, v²̄ — velocidad cuadrática media, n — concentración. Esta ecuación relaciona los parámetros microscópicos con la presión macroscópica.

Energía Cinética de una Sola Partícula:

Fórmula para la energía cinética: K = (1/2)·m·v² — energía de movimiento de una partícula con masa m y velocidad v

K= 12· m·v2
¿Qué significa la energía?

Esta es la energía mecánica de traslación de una sola partícula. v — velocidad instantánea de la molécula.

Alternativa: Presión a Través de la Energía:

Fórmula para la presión a través de la energía cinética promedio: P = (2/3)·n·K̄

P= 23· n· K¯
Interpretación Física

— energía cinética promedio de una partícula. Esta forma muestra que la presión es proporcional a la energía de las moléculas.

Temperatura como Medida de Energía:

Fórmula para la energía cinética promedio de las moléculas: K̄ = (3/2)·k·T — la temperatura es proporcional a la energía cinética promedio del movimiento de las partículas

K¯= 32· k·T
Significado Físico

La temperatura es proporcional a la energía cinética promedio del movimiento de las partículas. k — constante de Boltzmann. La fórmula es fundamental para conectar la TCM con la termodinámica.

2. Teoría Cinética del Gas Ideal

Energía Cinética de una Sola Partícula:

Fórmula para la energía cinética: W = (1/2)·m₀·v² — energía de movimiento de una partícula con masa m₀ y velocidad v

W= 12· m0· v2
Significado de esta fórmula

m₀ — masa de una molécula, v — velocidad instantánea. Esta es la base para derivar la presión y la energía promedio de un gas.

Presión a Través de la Energía Media:

Fórmula para la presión del gas ideal: p = (2/3)·n·W̄ — la presión es proporcional a la concentración molecular y su energía cinética promedio

p= 23·n· W¯
Interpretación Física

La presión de un gas ideal es directamente proporcional a la energía cinética promedio de sus moléculas. La fórmula se deriva basándose en el modelado del movimiento caótico de las moléculas.

Energía Cinética Media y Temperatura:

Fórmula para la relación entre la energía cinética promedio de las moléculas y la temperatura: W̄ = (3/2)·k·T

W¯= 32· k·T
¿Por qué es necesaria?

La temperatura del gas sirve como medida de la energía cinética promedio de sus moléculas. Esta es una relación fundamental entre los parámetros macro y micro.

Velocidad de Partícula a Través de la Masa Molar:

Fórmula para la velocidad cuadrática media de las moléculas: v = √(3RT / μ) — depende de la temperatura, la constante del gas y la masa molar

v= 3·R·T μ
Interpretación

La fórmula permite encontrar la velocidad promedio de las moléculas a una temperatura dada. μ — masa molar del gas, R — constante universal de los gases.

3. Ecuación de Estado

Ecuación General de Estado:

Fórmula para el estado del gas ideal: p·V = N·k·T = n·R·T — relación entre presión, volumen, temperatura, número de partículas y cantidad de sustancia

p·V= N·k·T= n·R·T
¿Qué significa esto?

Conecta los parámetros macroscópicos del gas: presión, volumen y temperatura — con los parámetros micro: número de partículas N o cantidad de sustancia n. La fórmula se presenta en dos formas:
Microscópica: pV = NkT
Macroscópica: pV = nRT

Forma de la Ecuación a Través de la Masa del Gas:

Fórmula para el estado del gas ideal a través de la masa: p·V = (m / μ)·R·T — relación entre presión, volumen y temperatura con la masa del gas y la masa molar

p·V= mμ·R·T
Interpretación

m — masa del gas, μ — su masa molar. La fórmula es útil para cálculos con una masa dada de sustancia.

Relación de Constantes:

Fórmula para la relación entre la constante universal de los gases, el número de Avogadro y la constante de Boltzmann: R = NA·k

R= NA·k
¿Por qué es necesaria?

Esta relación permite la transición de parámetros micro (vía k) a formas macro (vía R). NA — constante de Avogadro.

4. Velocidades Moleculares

Velocidad Cuadrática Media de las Moléculas:

Fórmula para la velocidad cuadrática media de las moléculas: v²̄ = (3·k·T) / m₀ — depende de la temperatura, la constante de Boltzmann y la masa de una molécula

v2¯= 3·k·T m0
¿Qué proporciona esta fórmula?

Permite calcular la actividad cinética promedio de las moléculas a una temperatura dada. k — constante de Boltzmann, m₀ — masa de una molécula.

Velocidad Efectiva (RMS) de las Moléculas:

Fórmula para la velocidad efectiva (cuadrática media) de las moléculas: vrms = √(v²̄) — raíz cuadrada de la velocidad cuadrática media

vrms= v2¯
Significado de la velocidad RMS

Esta es la raíz cuadrada de la velocidad cuadrática media. Se utiliza en cálculos de presión, momento, flujo de calor. Cuanto mayor sea la temperatura, mayor será vrms.

Velocidad a Través de la Masa Molar:

Fórmula para la velocidad cuadrática media de las moléculas: v = √(3·R·T / μ) — depende de la temperatura, la constante universal de los gases y la masa molar

v= 3·R·T μ
¿Qué significa esta forma?

Muestra la dependencia de la velocidad promedio de la temperatura y la masa molar del gas. Útil para cálculos donde μ — la masa molar de la sustancia — está dada.