10.3.2016 – “¿Por qué un gas tiene dos valores de capacidades de calor molar?”
Las dos capacidades de calor son para (1) procesos de volumen constante y (2) procesos de presión constante. Podríamos definir otros, pero estos dos son los más útiles.
A un volumen constante para un calentamiento de gas ideal se dirige al aumento de la energía cinética media de las moléculas. Tenga en cuenta que cuando la energía cinética media aumenta a volumen constante, la presión del gas también aumenta.
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A presión constante hay un efecto adicional. Para mantener una presión constante, se debe permitir que el gas se expanda y, al expandirse, funciona en los alrededores. Este trabajo proviene de la energía cinética de las moléculas. El calor para aumentar la energía cinética media es el mismo que para el volumen constante. Pero debe haber una entrada de calor adicional para compensar la salida del trabajo.
En consecuencia, el calor específico a presión constante es mayor que el calor específico a volumen constante.
Prácticamente, dos calores específicos son útiles, pero ¿son independientes? Para un gas ideal dado no lo son y tienen una relación definida, la relación entre la presión constante y los calores específicos de volumen constante, generalmente con el símbolo γ (gamma). Tenga en cuenta que de la discusión anterior, la contribución al calor específico de volumen constante será de todos los modos de movimiento molecular: traslacional, rotacional y vibratorio. La contribución adicional al calor específico a presión constante es, sin embargo, solo traslacional. Por lo tanto, γ será mayor cuando haya menos modos de movimiento molecular. Esto se confirma por el hecho de que para gases monoatómicos γ = 1.66 y para gases diatómicos γ = 1.44. γ = 1.44 para el aire porque el aire es predominantemente diatómico.
Esperamos que γ sea aún menor para las moléculas complejas, pero aquí la teoría clásica no funciona del todo. La razón es que, por comportamiento cuántico, para temperaturas más bajas, algunos de los modos no traslacionales permanecen inactivos. Para moléculas complejas, los calores específicos y γ dependen de la temperatura. Se acercan a sus valores clásicos a temperaturas suficientemente altas (siempre que las moléculas no se descompongan).
Para gases no ideales, incluso en el caso clásico, los calores específicos no son constantes y el caso ideal proporciona solo una aproximación. Las razones son (1) que la energía también se almacena en la interacción intermolecular y (2) las moléculas tienen un volumen efectivo finito (se considera que el volumen es cero para los gases ideales y la justificación es que la distancia intermolecular media es grande).
Gracias por pedirme que responda esta pregunta.
