¿Por qué los gases se expanden para llenar el espacio en el que se encuentran?

Hay tres estados de la materia; sólido, líquido y gaseoso. El agua es una gran imagen porque todos estamos familiarizados con la fusión de hielo sólido, la evaporación de agua líquida y la condensación de vapor de agua en una superficie fría. Cada estado de la materia en este ejemplo pasa de un estado de hielo de baja energía a un vapor de estado de alta energía. El granizo que cae del cielo puede abollar un automóvil, las piscinas de agua de lluvia o las láminas de la superficie, el vapor puede condensarse para formar nubes o niebla. Todo depende de la energía o el calor disponible para que el sistema cambie el estado del agua.

Un bloque de hielo tiene un volumen específico de espacio que ocupa. El agua líquida se ajusta al recipiente, ya sea una taza, un bache o una cuenca oceánica. A diferencia del agua líquida, que es más energética que el hielo, el vapor de agua no tiene dimensiones y continuará expandiéndose hasta que se enfríe lo suficiente como para formar gotas de agua en la atmósfera. En cada caso, la forma de las aguas está dictada por la cantidad de energía que tienen las moléculas y ese estado de energía se rige por la temperatura ambiente.

El gas más simple es el hidrógeno y alguna vez se usó para levantar grandes dirigibles del suelo. El helio es un gas muy estable con dos protones complementados por dos electrones. Los dos neutrones no tienen carga. Es más ligero que el aire y requiere muy poca energía para excitarse y ponerse en movimiento.

Los gases como el hidrógeno y el helio son más ligeros que el aire y lo suficientemente energéticos como para escapar de la gravedad de la Tierra a menos que estén contenidos.

Un globo de helio tiene gas adentro que empuja contra la tela del globo y hace que se levante. Cuanto más caliente se vuelve, más rápido se mueve verticalmente, porque los gases en el globo se mueven más rápido. Finalmente, la presión dentro del globo excede la presión atmosférica externa que empuja hacia afuera y el globo explota. Así también se despega un globo de aire caliente.

Las partículas de gas se mueven a una cierta velocidad promedio dependiendo de la temperatura.

La temperatura misma mide la fuerza cinética promedio de las partículas que a su vez es, según Newton

KE = 1/2 mv

lo que significa que está directamente relacionado con el cuadrado de la velocidad. La ecuación que luego relaciona la temperatura con la velocidad promedio de las moléculas es

v = (3RT) / M

esto nos dice que a 25 ° C (temperatura ambiente) la molécula de gas promedio viajará a aproximadamente 700 m / s (que es más rápido que la velocidad del sonido).

Ahora, de acuerdo con la ley de inercia de Newton, una partícula no se acelerará (o cambiará su curso) a menos que haya una fuerza que actúe sobre ella.

En nuestro caso, esto significa que nuestras partículas de gas continuarán en línea recta a menos que choquen con otra molécula de gas o con las paredes de un recipiente. El resultado es que las moléculas de gas se expandirán así hasta que de otra manera se vean limitadas.

Las partículas en estado gaseoso tienen una alta energía cinética y se mueven al azar. En su mayoría tienen interacciones de Walder Walder, que es una fuerza débil.

Por lo tanto, lo único que impide que las partículas salgan son las paredes del contenedor en el que se guarda.