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Gases perfectos: ley y ecuaciones

Publicado el 3 noviembre, 2020

Gas ideal o perfecto

Un gas ideal , también conocido como gas perfecto , es un gas que actúa de acuerdo con una relación idealizada entre volumen, presión y temperatura. Esta relación idealizada permitió a los físicos desarrollar la ecuación del gas ideal en la que se puede calcular la relación proporcional o inversa de presión, temperatura o volumen de un gas si cambia una de esas tres variables. Si bien esta ecuación es muy precisa para gases a temperaturas extremadamente altas y presiones bajas, la ley de los gases ideales es insuficiente para explicar el comportamiento de los gases reales .

Gas real

¿Qué es un gas real?? Un gas real es el nombre que usamos para describir cómo actúan realmente los gases en la naturaleza, en condiciones normales. Los gases reales son diferentes a los gases ideales o perfectos, ya que no se comportan en una relación idealizada con respecto a su volumen, temperatura y presión. Para un gas ideal, asumimos que el volumen que toman las moléculas de gas es insignificante al volumen del recipiente en el que se encuentra el gas. Sin embargo, para los gases reales, este no es el caso y, por lo tanto, el volumen de las moléculas de los gases deben tenerse en cuenta. Este problema se agrava cuanto más se comprime el volumen del gas real. La otra gran diferencia entre los gases ideales y los gases reales es cómo tratamos la presión del gas. En un gas idealizado, asumimos que no existen fuerzas intramoleculares entre las moléculas de gas. Sin embargo, ese no es el caso de los gases reales y, por lo tanto, debemos tener en cuenta las fuerzas intramoleculares entre las moléculas de gas. A medida que aumenta la presión de un gas real, también aumentan las fuerzas intramoleculares entre las moléculas de gas.

Si la ecuación del gas ideal no puede explicar el comportamiento de los gases reales en nuestro mundo natural, ¿por qué la usamos? Los científicos todavía usan la ley y la ecuación de los gases ideales porque, aunque no describe perfectamente los gases reales en nuestro mundo natural, nos proporciona una aproximación bastante precisa, especialmente si el gas está a alta temperatura y baja presión. Por lo tanto, exploraremos la ley y la ecuación de los gases ideales en la siguiente sección.

Ecuación de gas ideal

Como se indicó en la sección anterior, la ley de los gases ideales es muy importante porque nos permite utilizar una ecuación matemática para hacer aproximaciones bastante precisas del comportamiento y las características de los gases. Las tres variables de estado bajo la ley de los gases ideales son la presión absoluta, P , el volumen, V , y la temperatura absoluta, T . Por lo tanto, la ley de los gases ideales se escribe de esta manera:

Ley de los gases ideales

Con n representando el número de moles en el gas (siendo un mol igual al número de moléculas de Avogrado, 6.022 X 10 23 ) y R representando la constante universal del gas (8.3145 Joules / moles K). Como se mencionó anteriormente, la ley de los gases ideales solo es precisa si tomamos dos supuestos clave:

  • No hay fuerzas intramoleculares entre las moléculas de gas.
  • El volumen que toman las moléculas de gas es insignificante con respecto al volumen del recipiente en el que se encuentra el gas.

Con la ecuación del gas ideal, podemos calcular una variable de estado cambiante del gas ( V , T , P ) si se conocen las otras dos variables. Por ejemplo, si tenemos un gas de un mol, un volumen de 1 L, una presión de 1 presión atmosférica (atm) y una temperatura de 10 grados Kelvin (K), podemos calcular que si el volumen se comprime a 0,5 L , y que la temperatura se mantenga igual, la nueva presión del gas sería de 2 atm. Exploraremos la compresión de un gas ideal y el trabajo realizado mientras se comprime el gas en la siguiente sección.

La compresión de un gas ideal

En física, el trabajo o W realizado sobre un objeto es igual a la fuerza multiplicada por la distancia.

Trabajo

Sin embargo, en lo que respecta al trabajo realizado para comprimir un gas ideal, sabemos que la fuerza es solo la presión multiplicada por el área. Por tanto, nuestra ecuación de trabajo es ahora:

Trabaja con presión

Pero como sabemos que Adx es lo mismo que el cambio de volumen, dV , nuestra ecuación de trabajo ahora se convierte en:

Trabajar con presión y volumen

Y como descubrimos en la sección anterior cuando comprimimos un gas ideal, la presión del gas ideal cambia. Como resultado, necesitamos usar el cálculo para calcular el trabajo realizado en un gas ideal cuando se comprime. La ecuación se convierte en:

Trabajo Integral 1

Conectando la ley de los gases ideales para P obtenemos

Trabajo Integral 2

Lo cual después de tomar la integral, nos daría la ecuación final para el trabajo realizado al comprimir un gas ideal:

Ecuación de trabajo en gas ideal comprimido

Resumen de la lección

  • Un gas ideal , también conocido como gas perfecto, es un gas que actúa según una relación idealizada entre volumen, presión y temperatura. Sin embargo, los gases ideales no son representativos de las características y el comportamiento de los gases reales en la naturaleza.
  • Sin embargo, la ecuación del gas ideal es importante ya que nos proporciona una ecuación que puede darnos una aproximación bastante precisa del comportamiento y las características de los gases.
  • Cuando se comprime un gas ideal, se trabaja en el gas. Usando lo que sabemos de la física y usando el cálculo, finalmente llegamos a una ecuación que nos permite calcular el trabajo realizado en un gas ideal comprimido:

    Ecuación de trabajo en gas ideal comprimido

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