Prefacio
1. Mecánica
2. Propiedades de los Fluidos
3. Gases
4. Fenómenos Térmicos
5. Sonido y Luz
6. Varias
7. Apéndice
226. Movimiento térmico de las moléculas a 273 °C bajo cero.
¿Cuál es la velocidad aproximada de movimiento térmico de las moléculas de hidrógeno a - 273°C?
He aquí la respuesta que parecerá muy correcta a muchos lectores:
«La temperatura de - 273 °C es la del cero absoluto. A esa temperatura la velocidad progresiva de las moléculas es nula. Por ello, a 273 °C bajo cero las de hidrógeno, al igual que cualesquiera otras, se encuentran en reposo.»
No obstante, la respuesta es errónea, puesto que la temperatura del cero absoluto es de -273,15 °C, y no de -273°C.
¿Tendrán mucha importancia las 0,15 de grado? Ya que, de seguro, a temperaturas tan bajas las moléculas estarán muy cohibidas, de modo que una diferencia de 0,15°C no debería cambiar radicalmente la situación.
Así puede parecer, pero el cálculo no justifica estas expectativas: la velocidad de las moléculas disminuye proporcionalmente a la raíz cuadrada de la temperatura (en grados Kelvin), por lo cual a temperaturas muy bajas las moléculas todavía se mueven con bastante rapidez. Hagamos el cálculo.
La teoría cinética de los gases afirma que a 0 °C, es decir, a 273 K, las moléculas de hidrógeno se mueven con una velocidad de 1843 m/s. Por consiguiente, su velocidad media x a -270 °C (es decir, a 3,1 K) se determina haciendo uso de la proporción siguiente:
de donde x » 196 m/s.
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| ¿Qué velocidad tendrán las moléculas de hidrógeno a temperaturas próximas al cero absoluto? |
Las moléculas de un gas tan enfriado tienen una velocidad superior a la de una bala.
Aun a la temperatura en 1/4 de grado mayor que el cero absoluto la velocidad de movimiento de las moléculas de hidrógeno es bastante elevada. Haciendo uso de la proporción
determinamos y » 56 m/s
es decir, su velocidad supera 200 km/h (la de una avioneta).
Volvamos, pues, a la pregunta planteada y respondamos, qué velocidad tendrán las moléculas de hidrógeno a -273 °C, es decir, a 0,15 K. Para ello utilizaremos la proporción siguiente:
de donde z » 43 m/s.
O sea, la velocidad de las moléculas es de unos 155 km/h y supera casi dos veces la de un tren ordinario. Semejante velocidad no se puede considerar ínfima, próxima a la de estado en reposo, ni mucho menos.
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