Termodinámica: Transformaciones y Leyes de los Gases Ideales

Transformación a Presión Constante (Proceso Isobárico)

Ley de Gay-Lussac (Primera Ley): V1/T1 = V2/T2. En una expansión isobárica, el gas aumenta su energía interna (ΔU > 0). Como realiza un trabajo positivo (W > 0), esto debe ocurrir a expensas de una cantidad de calor positiva (Q > 0) que se le suministra. En la compresión, el sistema recibe un trabajo negativo (W < 0), disminuyendo su energía interna.

Transferencia reversible (sistema cerrado o abierto): Qp = (i2 - i1), donde 'i' representa la entalpía.

Transformación a Volumen Constante (Proceso Isocórico)

El volumen del fluido permanece constante durante toda la transformación. La cantidad de calor (Q) que recibe se utiliza para disminuir o aumentar la temperatura.

Transformación a Temperatura Constante (Proceso Isotérmico)

La temperatura del gas o la mezcla permanece constante durante toda la transformación.

Transformación Adiabática

Se realiza de forma que el fluido no intercambia calor con el medio exterior (Q = 0). Los trabajos mecánicos se producen a expensas de una disminución de su energía interna.

Transformación Politrópica

Mantiene constante el exponente politrópico 'n' durante la transformación. Un caso particular es el proceso adiabático, que es un tipo de proceso politrópico.

Transformación a Volumen Constante (Isocórica) - Ecuación

DQ3 = C3 * dT, donde C3 es la capacidad calorífica a volumen constante.

Trabajo de Circulación

W = V * (P1 - P2)

Ley de Charles y Gay-Lussac (Segunda Ley - Volumen Constante)

P1/T1 = P2/T2

Curvas de Expansión

La expansión isotérmica, adiabática y politrópica variable son aquellas que pueden realizarse partiendo del estado inicial de un fluido.

• Isotérmica: Se realiza a temperatura constante, siguiendo la ley de Boyle-Mariotte: P * V = constante.
• Adiabática: Disminuye la temperatura. La expansión se produce por una disminución de la energía interna.
• Politrópica: La caída de energía interna se produce para que la expansión sea adiabática (se realiza absorbiendo calor (Q) del medio interior y disminuyendo la energía interna).

Curvas de Compresión

Isotérmica, adiabática y compresiones politrópicas intermedias.

• Isotérmica: Representada por la hipérbola equilátera (ley de Boyle-Mariotte), se produce a temperatura constante, aumentando la presión y disminuyendo el volumen.
• Adiabática: El fluido aumenta su temperatura, siendo nulo el intercambio de calor con el medio exterior. El trabajo recibido se utiliza para aumentar la energía interna y, por lo tanto, la temperatura.

Gases Ideales o Perfectos

Son aquellos en los que no existen fuerzas de atracción o repulsión entre las moléculas. El efecto de la presión es causado por el choque de dichas moléculas o partículas con las paredes del recipiente que lo contiene. Por ser ideales, no existe resistencia a la circulación y cumplen con las leyes de Boyle-Mariotte y Charles y Gay-Lussac.

Ley de Boyle-Mariotte

Establece que, para un gas ideal, la presión es directamente proporcional a la densidad del gas. Al aumentar la presión, aumenta la densidad del mismo. Se expresa como: P / densidad = constante.

Leyes de Gay-Lussac

• Primera Ley: Un gas ideal realiza una transformación a presión constante (proceso isobárico).
• Segunda Ley: Un gas ideal realiza una transformación a volumen constante (proceso isocórico).