La termodinámica

GASES IDEALES, LEY DE BOYLE Y LEY DE CHARLES

En un gas las moléculas individuales están tan distantes entre sí, que las fuerzas de cohesión que existen entre ellas por lo general son pequeñas. Cuando una cantidad grande de gas está confiada en un volumen reducido, el volumen ocupado por las moléculas todavía resulta ser una fracción minúscula de volumen total.
Ningún gas real es ideal, peroen condiciones normales de temperatura y presión, el comportamiento de cualquier gas es muy parecido al comportamiento de un gas ideal.
Boyle demostró que el volumen de un gas es inversamente proporcional a su presión. En otras palabras, cuándo se duplica el volumen, la presión disminuye a la mitad de su valor original.
Ley de Boyle: Siempre que la masa y la temperatura de una muestra de gas semantengan constantes, el volumen de dicho gas es inversamente proporcional a su presión absoluta.
Consideremos el caso de un cilindro cerrado provisto de un embolo móvil, el estado inicial del gas se describe por medio de su presión P1 y de su volumen V1. Si el émbolo se presiona hacia abajo hasta que llegue a la nueva posición que aparece en la figura, su presión se incrementaría a P2 mientrassu volumen disminuye a V2.
La ley de Boyle revela que:
P1V1=P2V2 m y T constantes
El producto de la presión por el volumen en el estado inicial es igual al producto de la presión por el volumen en el estado final.
La presión P debe ser la presión absoluta y no la presión manométrica.

Ejemplo: ¿Qué volumen de gas hidrogeno a presión atmosférica se requiere para llenar untanque de 5000cm bajo una presión manométrica de 350kPa?
Solución: las presiones inicial y final son
P1=101.3kPa P2=530k Pa+101.3KPa=631kPa
El volumen final V2 ese 5000 cm. Al aplicar la ecuación (19.1), tenemos
P1V1=P2 V2
101.3kPaV1=631k Pa(5000cm)
V1=31 145 cm

Ley de charles: Mientras las masas y la presión de un gas se mantengan constantes, el volumen de dicho gas es directamenteproporcional a su temperatura absoluta.
V1T1=V2T2
Un cilindro sin fricción se llena con 2L de un gas ideal a 23°C. Un extremo del cilindro esta fijo aun pistón movible y el gas puede expandirse a una presión constante hasta que su volumen llega a 2.5L. ¿Cuál es la nueva temperatura de gas?
Solución: La información conocida se organiza como sigue:
Datos: T1= 23°+273°=296K, V1=2L, V2= 2.5L;Encuentre: T2
Ahora, resolvemos la ley de Charles para T 2;
VV1T1=V2T2 y T2=V2T1V1 T2=2.5L296K2L=370K
La temperatura final del gas es 370 Ko 97°C.
Ley de Gay-Lussac.
La variación de presión como función de la temperatura se describe en una ley atributa a Gay-Lussac.
Ley de Gay-Lussac
Si el volumen de una muestra de gas permanece constante, la presión absoluta de dicho gas es directamenteproporcional a su temperatura absoluta.
P1T1=P2T2

Ejemplo: El neumático de un automóvil se infla a una presión manométrica de 207 kPa (30 Ib. /in) en un momento en que la presión de los alrededores es de 1 atm (101.3kPa) y la temperatura es de 25°C.Despues de manejarlo, la temperatura del aire del neumático aumenta a 40°C.Suponga que el volumen de gas cambia solo ligeramente, ¿cuál es la nuevapresión manométrica en el neumático?
Solución: primero determinaremos las temperaturas absoluta y la presión absoluta.
P1=207kPa+101.3 kPa=308kPa
T1=25+273=273=298K;T2=40+40+273=313K
La nueva presión se calcula a partir de la ley de Gay Lussac
P1T1=P2T2 O P2=P1T1T2 P2=30kPa313K298K;P2=323.5KPa

leyes generales de los gases
Hasta ahora hemos estudiado tres leyes que pueden usarse paradescribir el comportamiento térmico de los gases.
Por desgracia, generalmente ninguna de estas condiciones se satisface. Lo más común es que un sistema sufra cambios de volumen, de temperatura y de presión como resultado de un proceso térmico. Una relación más general que combina las tres leyes es la siguiente:

P1V1T1=P2V2T2
Un tanque para el oxígeno con el volumen interior de 20 litros se llena...