¿Por qué los fluidos se vuelven menos densos cuando se calientan?

Así que déjame mostrarte un ejemplo. En los fluidos, hay moléculas y átomos que se mantienen unidos por fuerzas moleculares (por pequeñas que sean, todavía están allí).

Entonces, aquí abajo, los puntos representan una sola molécula en un líquido (solo una representación)

Ahora están bien dispuestos en una región definida del espacio aquí en 2D, pero en realidad es a través de una región volumétrica. Ahora, la posición de estas moléculas está tan bien definida porque experimentan una fuerza de interacción de todas las demás moléculas presentes y, por lo tanto, tienen una energía potencial definida y, por lo tanto, no pueden vagar por ningún lado (aparte del espacio que las rodea) por sí mismas. menor energía cinética para vencer la fuerza intermolecular.

Pero al calentarlos les proporcionamos energía y lo que sucede cuando se energiza una molécula (para simplificar, tomemos el ejemplo de dos niños First Kid: es perezoso, lo que significa que tiene poca energía y, por lo tanto, quiere sentarse en un solo lugar sin tratar de deambular alrededor y jugar. Ese es el segundo niño: es enérgico y, por lo tanto, trata de acelerar su energía deambulando por todas partes. Eso es lo que sucede cuando calentamos las moléculas. Les damos energía que aumentamos su energía cinética)

Y que pasa cuando tienen mas energia... Pues simple se separan porque ejercen mas empuje sobre moleculas vecinas adyacentes

Así es como se vería su disposición al calentar: ¡¡¡ ¡Ahora te diste cuenta !!!! El espacio entre las moléculas cambió. Entonces, ¿qué sucede si cambia la distancia o el espacio entre moléculas?

Bueno, sabemos que densidad significa masa contenida en una armadura definida de espacio/volumen.

Por lo tanto, si la misma cantidad de masa está presente en una región de menor espacio, debemos concluir que la densidad es grande. ¿no es así?

Esto en el 1er Caso las moléculas ocupan un menor espacio/volumen y por lo tanto tienen más densidad.

Pero en el segundo caso, las moléculas están muy separadas y, por lo tanto, son menos densas.

Y recuerda que la masa no cambia cuando calientas algo, solo cambia el espacio entre las moléculas. Eso significa que ninguno de los átomos siempre será el mismo, pero la densidad cambia porque ocupan una cantidad diferente de espacio en ambos casos.

Espero que ayude ... Si tiene más dudas, pregunte en los comentarios. Tu compañero de pila: Wasayansi.

Las afirmaciones sobre la expansión de los materiales bajo calentamiento, en realidad se refieren al comportamiento del volumen molar cuando la temperatura aumenta a presión constante . Dicha información se codifica en un número, función de la presión y la temperatura: el coeficiente de dilatación térmica ($\alpha=\left. \frac{\partial{v}}{\partial{T}} \right|_p$).

Los valores experimentales del coeficiente de expansión térmica suelen ser positivos. Sin embargo, no existe una restricción general sobre el signo de$\alpha$, mientras que otras cantidades como el calor específico o la compresibilidad isotérmica deben ser no negativas si el sistema está en equilibrio termodinámico. Y de hecho, algunos materiales muestran una expansión térmica negativa, en la fase sólida o en la líquida. El material más importante que exhibe tal comportamiento es el agua. A presión normal, entre el punto de fusión y 4 K por encima, la densidad del agua aumenta, en lugar de disminuir.

Después de aclarar cuál es la situación experimental real, la pregunta puede reformularse como por qué la mayoría de los materiales en gran parte de su diagrama de fase tienen una expansión térmica positiva .

En el caso de sólidos a baja temperatura, la razón más importante de la expansión térmica es la asimetría del potencial interatómico típico. Ya se han dado buenas respuestas que enfatizan dicho mecanismo (ver ¿ Qué es la expansión térmica? y aún mejor ¿ Por qué los sólidos se expanden al calentarse? ). Sin embargo, hay que tener en cuenta que además de este mecanismo, en un sólido a mayor temperatura también juega un papel la formación de defectos. Mecanismos similares existen también en el caso de un líquido denso (un líquido denso, digamos un líquido cercano a su punto triple, se caracteriza por una estructura local muy cercana a la de su fase sólida).

En el caso de un gas, el papel de la interacción es mucho menos importante y las consideraciones cinéticas juegan un papel más importante. Si uno se refiere al comportamiento límite del gas perfecto, la ecuación de estado dice que

$$v = \frac{nRT}{P}$$ lo que implica$\alpha=\frac{nR}{P} > 0$sin excepciones. La razón es que en el régimen de gas perfecto, la presión tiene un origen puramente cinético. Puede estar relacionado con la frecuencia de colisión de las moléculas con las paredes de un recipiente. La frecuencia de las colisiones es proporcional a la temperatura y el tamaño del contenedor. Cuanto mayor es la frecuencia, mayor es la presión. Si la presión debe mantenerse constante variando el volumen, el volumen debe aumentar para mantener constante la frecuencia de colisión contra la pared.

La situación para los gases reales (no exactamente descrita por la ecuación de estado del gas perfecto) permanece cercana al comportamiento límite.

En los fluidos, al calentarse, las fuerzas intermoleculares son mucho más débiles ya que las moléculas son susceptibles de moverse más libremente debido a su aumento de energía. Entonces es como si su espacio entre ellos fuera comparativamente mayor que en los sólidos. Por lo tanto, su densidad se reduce.

La densidad de sólidos y líquidos sería más o menos similar. Habría un ligero aumento para un líquido. Para los gases, dado que sus fuerzas intermoleculares son menos predominantes que en los sólidos, su densidad será mucho menor.

Una excepción notable es el hielo, que tiene una densidad más baja que el agua (debido al enlace de hidrógeno que fuerza una estructura abierta ). Si ha escuchado antes, la densidad máxima del agua es de 4 grados centígrados. Si enfriases agua hasta convertirla en hielo desde ese punto, habrías expandido esa cantidad de agua en más de un 9 por ciento, lo que indica que el hielo tendría menos densidad que el agua.

Puede seguir este enlace: http://www.iapws.org/faq1/freeze.html