Introducción

Una fotografía de un volcán en erupción. Se puede ver un gigantesco penacho de gas y polvo que se expulsa de él.

Figura 2.1 Una erupción volcánica libera toneladas de gas y polvo a la atmósfera. La mayor parte del gas es vapor de agua, pero otros gases son comunes, incluidos gases de efecto invernadero como el dióxido de carbono y contaminantes acídicos como el dióxido de azufre. Sin embargo, la emisión de gas volcánico no es del todo perjudicial: muchos geólogos creen que en las primeras etapas de la formación de la Tierra las emisiones volcánicas formaron la atmósfera primitiva (créditos: modificación de la obra de “Boaworm”/Wikimedia Commons).

Esquema del capítulo

2.1 Modelo molecular de un gas ideal

2.2 Presión, temperatura y velocidad media cuadrática (rms)

2.3 Capacidad calorífica y equipartición de energía

2.4 Distribución de las velocidades moleculares

Los gases están literalmente a nuestro alrededor: el aire que respiramos es una mezcla de gases. Otros gases son los que hacen que los panes y pasteles sean blandos, los que hacen que las bebidas sean efervescentes y los que se queman para calentar muchos hogares. Los motores y los refrigeradores dependen del comportamiento de los gases, como veremos en capítulos posteriores.

Como hemos comentado en el capítulo anterior, el estudio del calor y la temperatura forma parte de un área de la física conocida como termodinámica, en la que se requiere que un sistema sea macroscópico, es decir, que esté formado por un número enorme (como $10^{23}$ ) de moléculas. Comenzamos considerando algunas propiedades macroscópicas de los gases: volumen, presión y temperatura. El sencillo modelo de un hipotético “gas ideal” describe con gran precisión estas propiedades de un gas en muchas condiciones. Pasamos del modelo de gas ideal a una aproximación más aplicable, denominada modelo de van der Waals.

Para comprender aun mejor los gases, también debemos observarlos a la escala microscópica de las moléculas. En los gases, las moléculas interactúan débilmente, por lo que el comportamiento microscópico de los gases es relativamente sencillo, y sirven como una buena introducción a sistemas de muchas moléculas. El modelo molecular de los gases se denomina teoría cinética de los gases y es uno de los ejemplos clásicos de modelo molecular que explica el comportamiento cotidiano.