13.5: Energía Cinética Media y Temperatura

Figura\(\PageIndex{1}\) (Crédito: Cortesía de Danny Meyer/Fuerza Aérea de Estados Unidos; Fuente: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Baseball_swing.jpg(opens en nueva ventana); Licencia: Dominio público)

¿Cuánta energía se necesita para golpear una pelota de béisbol?

La energía cinética es la energía del movimiento. Cualquier objeto que se mueva posee energía cinética. El béisbol implica una gran cantidad de energía cinética. El lanzador lanza una pelota, impartiendo energía cinética a la pelota. Cuando la masa se balancea, el movimiento de balanceo crea energía cinética en el murciélago. La colisión del bate con la pelota cambia la dirección y velocidad de la pelota, con la idea de que la energía cinética vuelva a involucrarse.

Energía cinética y temperatura

Como se afirma en la teoría cinético-molecular, la temperatura de una sustancia está relacionada con la energía cinética promedio de las partículas de esa sustancia. Cuando se calienta una sustancia, parte de la energía absorbida se almacena dentro de las partículas, mientras que parte de la energía aumenta el movimiento de las partículas. Esto se registra como un aumento en la temperatura de la sustancia.

Energía Cinética Media

A cualquier temperatura dada, no todas las partículas de una muestra de materia tienen la misma energía cinética. En cambio, las partículas muestran una amplia gama de energías cinéticas. La mayoría de las partículas tienen una energía cinética cerca de la mitad del rango. Sin embargo, un pequeño número de partículas tienen energías cinéticas muy inferiores o muy superiores a la media (ver figura a continuación).

Figura\(\PageIndex{2}\): Distribución de energías cinéticas moleculares en función de la temperatura. La curva azul es para una temperatura baja, mientras que la curva roja es para una temperatura alta. (Crédito: Christopher Auyeung; Fuente: Fundación CK-12; Licencia: CC BY-NC 3.0 (opens in new window))

La curva azul en la figura anterior es para una muestra de materia a una temperatura relativamente baja, mientras que la curva roja es para una muestra a una temperatura relativamente alta. En ambos casos, la mayoría de las partículas tienen energías cinéticas intermedias, cercanas al promedio. Observe que a medida que aumenta la temperatura, aumenta el rango de energías cinéticas y la curva de distribución “se aplana”. A una temperatura dada, las partículas de cualquier sustancia tienen la misma energía cinética promedio.

Cero Absoluto

A medida que una muestra de materia se enfría continuamente, la energía cinética promedio de sus partículas disminuye. Eventualmente, uno esperaría que las partículas dejaran de moverse por completo. El cero absoluto es la temperatura a la que teóricamente cesa el movimiento de las partículas. Nunca se ha alcanzado el cero absoluto en el laboratorio, pero se\(1 \times 10^{-10} \: \text{K}\) han logrado temperaturas del orden de. La escala de temperatura Kelvin es la escala que se basa en el movimiento molecular, por lo que también se llama cero absoluto\(0 \: \text{K}\). La temperatura Kelvin de una sustancia es directamente proporcional a la energía cinética promedio de las partículas de la sustancia. Por ejemplo, las partículas en una muestra de gas hidrógeno\(200 \: \text{K}\) tienen el doble de la energía cinética promedio que las partículas en una muestra de hidrógeno en\(100 \: \text{K}\).

Figura\(\PageIndex{3}\): El gas helio se licua a\(4 \: \text{K}\), o cuatro grados por encima del cero absoluto. El helio líquido se utiliza como refrigerante para grandes imanes superconductores, y debe almacenarse en botes metálicos aislados. (Crédito: Michael Pereckas (Flickr: Beige Alert); Fuente: http://www.flickr.com/photos/beigephotos/5633215176/(opens en una ventana nueva); Licencia: CC by 2.0 (opens in new window))

Resumen

• La energía cinética es la energía del movimiento.
• A una temperatura dada, las partículas individuales de una sustancia tienen un rango de energías cinéticas.
• El movimiento de las partículas cesa teóricamente en cero absoluto.

Revisar

1. ¿Qué es la energía cinética?
2. Si la temperatura aumenta, ¿las partículas se moverán más rápido o más lento que lo harían a una temperatura más baja?
3. ¿Qué es el cero absoluto?