Transformaciones gaseosas

Transformaciones gaseosas

Las transformaciones gaseosas consisten en someter una masa fija de un gas a diferentes condiciones mientras una cantidad se mantiene constante. Los tipos son:

  • Transformación isobárica: cambio con presión constante;
  • Transformación isotérmica: cambio con temperatura constante;
  • Transformación isocórica, isométrica o isovolumétrica: cambio con volumen constante.

Las cantidades físicas asociadas a los gases (presión, temperatura y volumen) se denominan variables de estado y una transformación que sufre un gas corresponde a la variación de al menos dos de estas cantidades.

El estudio de los gases fue difundido entre los siglos XVII y XIX por científicos que desarrollaron las leyes de los gases. Las leyes se obtuvieron manipulando las cantidades asociadas y utilizando un modelo teórico llamado gas perfecto, creado para estudiar el comportamiento de sustancias en estado gaseoso.

Transformación isobárica: que es, ejemplo y gráfico

En la transformación isobárica, la presión de la masa fija de un gas se mantiene constante, mientras que la temperatura y el volumen varían.

La presión es una cantidad que relaciona la aplicación de una fuerza en un área determinada, expresada matemáticamente por:

Por tanto, en el estudio de los gases, la presión de un gas corresponde a la fuerza que ejercen los choques de las moléculas sobre las paredes internas del recipiente.

La transformación isobárica fue estudiada de forma independiente por los científicos Jacques Charles (1746-1823) y Louis Joseph Gay-Lussac (1778-1850). A partir de sus observaciones, se formuló la Ley Charles Gay-Lussac:

«Cuando la presión de una masa fija de gas es constante, su volumen es directamente proporcional a su temperatura absoluta».

Verifique la fórmula para Lei de Charles Gay-Lussac a seguir.

Dónde,

V: volumen de gas;
T: temperatura;
K: presión constante.

Por ejemplo, manteniendo constante la presión de una masa de gas, al aumentar o disminuir la temperatura de la muestra, su volumen variará en la misma proporción.

A continuación, observe la gráfica de la transformación isobárica.

El diagrama de volumen (V) x temperatura (K) de la ley de Charles Gay-Lussac forma una línea oblicua.

Obtenga más información sobre la transformación isobárica.

Transformación isotérmica: que es, ejemplo y gráfico

En la transformación isotérmica, la temperatura de la masa fija de un gas se mantiene constante, mientras que la presión y el volumen varían.

La temperatura es la cantidad que mide el grado de agitación de las moléculas, es decir, su energía cinética.

Este tipo de transformación fue estudiado por Robert Boyle (1627-1691), quien formuló la ley:

«Cuando la temperatura de un gas es constante, la presión del gas es inversamente proporcional a su volumen».

UNA Ley de Boyle se expresa matemáticamente de la siguiente manera:

Dónde,

P: presión de gas;
V: volumen de gas;
K: constante de temperatura.

Por ejemplo, si reducimos el volumen que ocupa un gas en un recipiente, la presión que ejercen sus moléculas se duplicará.

Vea el gráfico de la transformación isotérmica a continuación.

Tenga en cuenta que el diagrama de presión (p) x volumen (V) de la ley de Boyle forma una hipérbola. Este gráfico se llama isoterma.

Obtenga más información sobre la ley de Boyle.

Transformación isovolumétrica: que es, ejemplo y gráfico

En la transformación isovolumétrica, isocórica o isométrica, el volumen de un gas se mantiene constante, mientras que la presión y la temperatura varían.

El volumen de un gas corresponde al volumen del recipiente que ocupa, ya que las moléculas llenan todo el espacio disponible.

La transformación con volumen constante fue estudiada por Jacques Charles (1746-1823), quien postuló lo que llegó a conocerse como la Ley de Charles:

«Cuando el volumen de un gas se mantiene constante, su presión varía en proporción a la temperatura de la muestra».

La declaración de Lei de Charles se expresa matemáticamente por:

Dónde,

P: presión de gas;
T: temperatura del gas;
K: constante de volume.

Por ejemplo, al duplicar la temperatura de un determinado volumen de gas, también se duplica la presión que ejerce el gas sobre las paredes del recipiente.

Verifica la gráfica de transformación isovolumétrica.

El diagrama de presión (P) x temperatura (V) de una transformación con volumen constante es una línea oblicua.

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Referencias bibliográficas

ÇENGEL, YA; BOLES, MA Termodinámica. 7ª ed. Porto Alegre: AMGH, 2013.

HELOU; GUALTER; NEWTON. Temas de física, vol. 2. São Paulo: Editora Saraiva, 2007.