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¿Qué es un gas? (6)

¿Qué es un gas? (6)
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Si a lo largo de esta serie sobre los gases nos ha quedado algo claro es que están compuestos por una gran cantidad de pequeñas partículas, átomos o moléculas, que se mueven libremente a gran velocidad. Y, como sabemos, algo que se está moviendo, continuará en línea recta hasta que sufra alguna interacción que altere su movimiento (esto es, a groso modo, la primera ley de Newton).

¿Y hasta cuándo seguirá una de las partículas de un gas moviéndose en línea recta? Pues hasta que ocurra una de las dos siguientes posibilidades: que choque contra otra partícula, o bien hasta que alcance los límites del recipiente donde se encuentra el gas. Una buena forma de imaginárselo es una mesa de billar, donde las bolas se están moviendo continuamente y no se frenan por el rozamiento contra el tapete.

Si dos partículas del gas colisionan entre ellas, normalmente no les pasa nada, simplemente rebotan. Si la colisión se produjera a velocidades elevadas (y recordad que eso significa elevar la temperatura) podrían pasar cosas más desastrosas, como que las moléculas perdieran electrones: el gas se convertiría en un plasma. Pero esto no suele suceder a las velocidades típicas de temperaturas normales, así que por el momento nos centraremos en colisiones elásticas, donde las partículas simplemente rebotan sin que les pase nada más, como bolas de billar.

Al rebotar dos partículas entre si, básicamente lo que pasa es que cambian su dirección y velocidad. En otras palabras, intercambian momento y energía. Por ese motivo, en un gas hay partículas moviéndose en todas direcciones y a velocidades muy diferentes, aunque gracias a la conservación de la energía la velocidad media siempre es la misma (como dijimos, la velocidad media tiene que ver con la temperatura).

Imaginemos, por ejemplo, que en el gas entra una partícula moviéndose a gran velocidad. Cuando colisione con otra, le transmitirá parte de su energía, acelerándola. A cambio, la primera partícula perderá parte de su energía excedente. Al final, tras sucesivas colisiones, la energía extra que tenía la partícula incidente se habrá repartido entre casi todas las partículas del gas. Por lo tanto, la velocidad media de las mismas será mayor, lo que representa un incremento en la temperatura.

Lo que acabamos de decir es lo siguiente: si en un gas frío inyectamos gas caliente, obtenemos una mezcla con una temperatura mayor a la inicial (pero inferior a la del gas caliente inyectado). Esto es algo que a nosotros, por nuestra experiencia, nos parece de perogrullo. Pero ahora sabemos como ocurre: hemos introducido partículas más rápidas que, a través de sucesivas colisiones con las lentas, les han transmitido parte de su energía, aumentando la velocidad media y, por tanto, la temperatura.

Este proceso se conoce con el nombre de termalización. Podéis compararlo con el saque en una partida de billar. El montón de bolas del triángulo representa un gas muy frío (tienen una velocidad media muy baja, de hecho cero). La bola blanca representa una inyección de gas caliente, ya que se mueve a gran velocidad. El resultado de las sucesivas colisiones es que todas las bolas se mueven a una velocidad mayor a la que tenían al principio, pero no tan rápido como la bola blanca.

Y, hasta aquí, todo lo que podíamos decir de las colisiones entre partículas. En el siguiente capítulo hablaremos de lo que ocurre cuando una partícula consigue llegar hasta el límite del recipiente.

En Genciencia | ¿Qué es un gas? 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 y 9

Foto | zaphodsotherhead

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