Ley de los gases Ideales

Qué son gases ideales? 

Un gas ideal es un gas teórico compuesto de un conjunto de partículas puntuales con desplazamiento aleatorio que no interactúan entre sí. El concepto de gas ideal es útil porque el mismo se comporta según la ley de los gases ideales, una ecuación de estado simplificada, y que puede ser analizada mediante la mecánica estadística.

Tipos de gases ideales 

Existen tres clases básicas de gas ideal:

• El clásico o gas ideal de Maxwell-Boltzmann
• El gas ideal cuántico de Bose, compuesto de bosones
• El gas ideal cuántico de Fermi, compuesto de fermiones

Ley de Boyle

La Ley de Boyle-Mariotte (o Ley de Boyle), formulada por Robert Boyle y Edme Mariotte, es una de las leyes de los gases ideales que relaciona el volumen y la presión de una cierta cantidad de gas mantenida a temperatura constante. La ley dice que el volumen es inversamente proporcional a la presión: 

donde  es constante si la temperatura y la masa del gas permanecen constantes.

Cuando aumenta la presión, el volumen disminuye, mientras que si la presión disminuye el volumen aumenta. El valor exacto de la constante k no es necesario conocerlo para poder hacer uso de la Ley; si consideramos las dos situaciones de la figura, manteniendo constante la cantidad de gas y la temperatura, deberá cumplirse la relación

Ley de Charles

Si la cantidad de gas y la presión permanecen constantes, es razonable suponer que el volumen aumente al aumentar la temperatura. Un aumento de temperatura implica un aumento de la energía cinética media de las partículas, por tanto, un aumento de su velocidad y de la frecuencia e intensidad de los choques de éstas con las paredes. Si la pared es elástica (por ejemplo, un globo) o se puede desplazar (por ejemplo, un embolo) y la presión exterior (que iguala a la interior) permanece constante, entonces planteamos que el volumen del gas, V, debe ser proporcional a su temperatura, T  (V = K · T , para P y N constantes).

Ley de Gay-Lussac

Si la cantidad de gas y el volumen permanecen constantes, es lógico suponer que la presión aumente al aumentar la temperatura. Como hemos comentado, un aumento de temperatura implica un aumento de la velocidad de las partículas y, en consecuencia, de la frecuencia e intensidad de los choques de ellas con las paredes. Matemáticamente expresamos la segunda ley de Gay-Lussac ley diciendo que la presión, P, debe ser proporcional a la temperatura (P = k · T , para V y N constantes)

Todas ellas se condensan en la siguiente fórmula que es aplicable para una misma cantidad de gas:

Por esta razón y para n moles siendo las condiciones de presión y temperatura cualesquiera podemos poner que:

 P₁ · V₁ / T₁ = P₂ · V₂ / T₂

PV = nRT

donde:

• P es la presión
• V es el volumen
• T es la temperatura absoluta (en grados Kelvin)
• R Pertenece a un valor constante. Conocida como constante ideal de los gases

Esta es conocida como la ley general de los gases.