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Física

Calculadora de la Velocidad de las Moléculas de un Gas y del Camino Libre Medio (Teoría Cinética)

Con qué rapidez se mueven las moléculas de un gas a una temperatura dada, tres maneras de promediarla, y qué distancia recorre una molécula entre colisiones.

Resultados

Velocidad cuadrática media 515,2 m/s
Velocidad media 474,7 m/s
Velocidad más probable 420,7 m/s
Camino libre medio 69,0 nm
Colisiones por molécula por segundo 6,88 ×10⁹ /s
Moléculas por metro cúbico 2,461 ×10²⁵ /m³
Cómo varía
Velocidad cuadrática mediaTemperatura -100 – 500. Velocidad cuadrática media: 392,65 → 829,711Velocidad cuadrática media02004006008001000-1000100200300400500Temperatura (°C)

La línea discontinua marca el valor que ha escrito.

Qué hace esta herramienta

La temperatura es movimiento molecular: la velocidad cuadrática media √(3RT ÷ M) se deduce directamente de la energía cinética media 3/2 kT. A temperatura ambiente las moléculas de nitrógeno se mueven a unos 515 m/s, más deprisa que el sonido en el aire, que viaja a cerca de tres cuartos de su velocidad media. Entre colisiones cada molécula recorre solo unos 70 nm a presión atmosférica, unos 200 diámetros moleculares, y sufre miles de millones de colisiones por segundo; el camino libre medio crece en proporción inversa a la presión. Las tres velocidades difieren porque la distribución de Maxwell–Boltzmann es asimétrica: unas pocas moléculas rápidas elevan los promedios por encima del valor más probable.

Fórmula

v_rms = √(3RT ÷ M) · v̄ = √(8RT ÷ πM) · v_p = √(2RT ÷ M) · λ = k_B T ÷ (√2 π d² p)

Variables

SímboloSignificadoUnidad
mwMasa molar del gasg/mol
tTemperatura°C
pPresiónkPa
dmDiámetro molecular (diámetro cinético)pm
VRVelocidad cuadrática mediam/s
VMVelocidad mediam/s
VPVelocidad más probablem/s
MFPCamino libre medionm
CFColisiones por molécula por segundo×10⁹ /s
NDMoléculas por metro cúbico×10²⁵ /m³

Ejemplo resuelto

  • Masa molar del gas28,0134 g/mol
  • Temperatura25 °C
  • Presión101,325 kPa
  • Diámetro molecular (diámetro cinético)364 pm
  • Velocidad cuadrática media515,2 m/s
  • Velocidad media474,7 m/s
  • Velocidad más probable420,7 m/s
  • Camino libre medio69,0 nm
  • Colisiones por molécula por segundo6,88 ×10⁹ /s
  • Moléculas por metro cúbico2,461 ×10²⁵ /m³

Limitaciones

  • La fórmula supone condiciones ideales: sin pérdidas por fricción, sin resistencia del aire y sin pérdidas de rendimiento salvo que las introduzca.
  • Los valores por defecto son referencias típicas, no mediciones de su situación. Sustitúyalos por sus propios datos siempre que los tenga.