Gas Ideal

Supóngase que un gas ideal está confinado en un recipiente cilíndrico cuyo volumen se puede modificar por medio de un émbolo móvil. Supondremos que el cilindro no tiene fugas, por lo que la masa (o número de moles) permanece constante. Respecto a un sistema de este tipo, los experimentos aportan la información siguiente. Primero, cuando el gas se mantiene a temperatura constante, su presión es inversamente proporcional al volumen (ley de Boyle). Segundo, cuando se mantiene constante la presión del gas, el volumen es directamente proporcional a la temperatura (ley de Charles y Gay-Lussac). Estas observaciones se resumen en la siguiente ecuación de estado de un gas ideal:

PV=nRT

En esta expresión, llamada la ley del gas ideal, R es una constante de un gas específico que se puede determinar en forma experimental, y T es la temperatura en Kelvins. Los experimentos realizados con varios gases muestran que, a medida que la temperatura se aproxima a cero, la cantidad de PV/nT se acerca al mismo valor de R para todos los gases. Por esta razón a R se le conoce como la constante universal de los gases. En el sistema SI, en el que la presión se expresa en pascales y el volumen en metros cúbicos el producto de PV tiene unidades de newton-metro, o joules, y le valor de R es

R=8.31 J/mol.K

Procesos termodinámicos

Isotérmicos

Es un proceso en el cual la temperatura permanece constante durante la operación. La energía interna de un gas es función de la temperatura exclusivamente.Es un proceso a temperatura constante. En general, ninguna de las cantidades ΔV, Q y W son nulas. Hay una excepción: la energía interna de un gas perfecto depende solamente de la temperatura. En consecuencia, para un gas perfecto U2=U1, y Q=W.

Isobárico

Es un proceso a presión constante; en concecuencia: W=Σp.ΔV=p-ΣΔV= p.(Vf.Vi) y se tendrá U2.U1=Q-p.(vf-Vi). Si la presión no cambia durante un proceso, se dice que éste es isobárico.


Isocórico

Es un proceso a volumen constante, en consecuencia. W=0, y tendremos U2-U1=Q. En un recipiente de paredes gruesas que contiene un gas determinado, al que se le suministra calor, observamos que la temperatura y presión interna se elevan, pero el volumen se mantiene igual.

Adiabático

Durante un proceso adiabático para un gas perfecto, la transferencia de calor hacia el sistema o proveniente de él es cero. El cambio de presión con respecto al volumen obedece la ley
Es cuando un sistema no gana ni pierde calor, es decir, Q = 0. Este proceso puede realizarse rodeando el sistema de material aislante o efectuándolo muy rápidamente, para que no haya intercambio de calor con el exterior. En concecuencia U2-U1=-w.

El trabajo realizado sobre el sistema (-W es positivo) se convierte en energía interna, o, inversamente, si el sistema realiza trabajo (-W es negativo), la energía interna disminuye.
En general, un aumento de energía interna se acompaña de uno de temperatura, y una disminución de energía interna se asocia de una de temperatura.