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Física · Glosario

¿Qué es Escalas microscópica y macroscópica?

Definición 20.1 Física universitaria — primer año · Capítulo 20 — Teoría cinética y gas perfecto

A escala microscópica, la materia está hecha de moléculas: 1 mol1\,\mathrm{mol} contiene NA=6.02×1023 N_A = 6.02 \times 10^{23}\, de ellas, cada una de unos 0.3 nm0.3\,\mathrm{nm} de tamaño; en un gas en condiciones ordinarias distan 3 nm3\,\mathrm{nm}, se mueven a centenares de metros por segundo y chocan cada 70 nm70\,\mathrm{nm} aproximadamente. A escala macroscópica, un sistema se describe con unas pocas variables de estado — presión PP, volumen VV, temperatura TT, cantidad de sustancia nn — que son promedios sobre números enormes de moléculas. Una variable es extensiva si se duplica al duplicar el sistema (VV, nn, la masa, la energía), e intensiva si no (PP, TT, la densidad).

Ejemplos

Ejemplo 20.8 (Cifras del aire)

Nitrógeno a 300 K300\,\mathrm{K}: u=3×8.314×300/0.028=517 m/su = \sqrt{3 \times 8.314 \times 300/0.028} = 517\,\mathrm{m}/\mathrm{s}; hidrógeno, 1930 m/s1930\,\mathrm{m}/\mathrm{s}; cuanto más pesado, más lento, como 1/M1/\sqrt M. A 1 bar1\,\mathrm{bar} y 300 K300\,\mathrm{K}, n∗=P/kBT=2.4×1025 m−3n^* = P/k_BT = 2.4 \times 10^{25}\,\mathrm{m}^{-3}: 24 L24\,\mathrm{L} por mol y 2.7×1022 2.7 \times 10^{22}\, moléculas en un litro. Un aula de 200 m3200\,\mathrm{m}^{3}: 8300 mol8300\,\mathrm{mol}, 240 kg240\,\mathrm{kg} de aire.

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