Propiedades y Leyes de los Gases Ideales: Fundamentos de Termodinámica

¿Qué propiedades caracterizan a un gas?

Los gases presentan propiedades fundamentales que los distinguen de otros estados de la materia:

• Compresibilidad: Los gases son compresibles.
• Expansibilidad: Los gases son expansibles.
• Volumen: Los gases no solo se dilatan por efecto del calor, como todos los cuerpos, sino que lo hacen mucho más que los sólidos y los líquidos.
• Presión: Todos los gases ejercen presión sobre las paredes de los recipientes que los contienen.

¿Qué se entiende por densidad y peso específico de un gas?

Fórmula y Unidades

Densidad de un gas: La cantidad de moléculas (la masa) no varía al aumentar o disminuir el volumen; lo que varía es la relación masa-volumen. Esta relación se denomina densidad. La densidad es inversamente proporcional al volumen, pero directamente proporcional a la masa.

• Fórmula: ρ = m/V
• Unidades: kg/m³, UTM/m³

Peso específico: Se define como el peso por unidad de volumen.

• Fórmula: Pₑ = W/V
• Unidades: N/m³, kgf/m³

¿Cómo se define el concepto de presión? Unidades y equivalencias

Concepto de presión: Se llama presión a la acción del cuerpo sobre la superficie horizontal de apoyo, debida a la fuerza vertical F.

• Fórmula: P = F/A (N/m²)
• Conversión del ST al SI: 9.8 N/m² = 1 kp/m²

Presión atmosférica: La presión atmosférica es igual al producto de la altura por el peso específico. La presión de una columna de mercurio equivale a la presión atmosférica.

Diferencia entre presión absoluta y relativa

¿Qué mide un manómetro? Esquema y fórmula

Las presiones absolutas se miden con relación al cero absoluto, mientras que las presiones relativas se miden con relación a la atmósfera local.

Un manómetro mide la presión relativa con relación a la atmósfera local.

Fórmula: P_abs = P_r + P_atm

¿Qué se entiende por un gas ideal?

Un gas ideal es aquel que permanece en estado gaseoso para cualquier valor de presión, temperatura o volumen.

Leyes que los gobiernan

• Ley de Boyle-Mariotte: El volumen es inversamente proporcional a la presión, manteniendo la temperatura constante. (P₁ · V₁ = P₂ · V₂)
• Ley de Gay-Lussac: El volumen es directamente proporcional a la temperatura, manteniendo la presión constante. (V₁ / T₁ = V₂ / T₂)
• Ley de Charles: La presión es directamente proporcional a la temperatura, manteniendo el volumen constante. (P₁ / T₁ = P₂ / T₂)

Ecuación de estado y Ley Generalizada de los Gases

¿Cómo se expresa la ley generalizada de los gases? La ecuación general que relaciona las tres variables fundamentales que definen el estado de un gas se llama ecuación de estado.

Fórmula: (P · V) / T = R

¿Cómo se obtiene la constante universal de los gases? Se obtiene a partir de la relación de las variables fundamentales en el estado del gas.

Principales transformaciones de un gas ideal

Estas transformaciones se representan en un diagrama de Clapeyron. A continuación, se detalla la ecuación principal de cada una:

• Transformación isotérmica: P₁ · V₁ = P₂ · V₂ (P · V = cte).
• Transformación isobárica: P = cte. El volumen (V) y la temperatura (T) son directamente proporcionales (V₁ / T₁ = V₂ / T₂).
• Transformaciones isométricas: V = cte. La presión (P) y la temperatura (T) son directamente proporcionales (P₁ / T₁ = P₂ / T₂).
• Transformaciones adiabáticas: La presión (P) y el volumen (V) mantienen una relación basada en el exponente adiabático (P₁ · V₁ᵏ = P₂ · V₂ᵏ).