¿Cómo cambia la presión de un gas ideal?

El gas ideal es un físicomodelo de gas. Este modelo prácticamente no tiene en cuenta la interacción de las moléculas entre sí. Se usa para describir el comportamiento de los gases desde un punto de vista matemático. Este modelo asume las siguientes propiedades de gas:

• el tamaño de las moléculas es mayor que la distancia entre las moléculas;
• las moléculas son bolas redondas;
• Las moléculas son repelidas una de la otra y de las paredes del barco solo después de la colisión. Las colisiones son perfectamente elásticas;
• las moléculas se mueven de acuerdo con las leyes de Newton.

Hay varios tipos de gas ideal:

• clásico;
• quantum (considera un gas ideal en condiciones de bajar la temperatura y aumentar la distancia entre las moléculas);
• en el campo gravitatorio (considera los cambios en las propiedades de un gas ideal en un campo gravitacional).

A continuación consideraremos el gas ideal clásico.

¿Cómo determinar la presión de un gas ideal?

La dependencia fundamental de todos los gases ideales se expresa utilizando la ecuación de Mendeleev-Clapeyron.

PV = (m / M) • RT [Fórmula 1]

donde:

• P es la presión. Unidad de medida - Pa (Pascal)
• R = 8,314 es la constante de gas universal. La unidad de medida es (J / mol • K)
• T es la temperatura
• V es el volumen
• m es la masa del gas
• M es la masa molar del gas. La unidad de medida es (g / mol).

P = nkT [Fórmula 2]

La Fórmula 2 muestra que la presión de un gas ideal depende de la concentración de moléculas y la temperatura. Si tomamos en cuenta las singularidades de un gas ideal, entonces n será determinado por la fórmula:

n = mNa / MV [Fórmula 3]

donde:

• N es el número de moléculas en el vaso
• N_un - Avogadro constante

Sustituyendo la fórmula 3 en la fórmula 2, obtenemos:

• PV = (m / M) Na kT [Fórmula 4]
• k * N_un = R [Fórmula 5]

La constante R es una constante para una mol de gas en la ecuación de Mendeleev-Clapeyron (recordamos que a presión y temperatura constantes, 1 mol de diferentes gases ocupa el mismo volumen).

Ahora derivamos la ecuación de presión para un gas ideal

m / M = ν [Fórmula 6]

• donde ν - cantidades de materia. La unidad de medida es topo

Obtenemos la ecuación de presión de un gas ideal, la fórmula se da a continuación:

P = νRT / V [Fórmula 7]

• donde P es la presión. Unidad de medida - Pa (Pascal)
• R = 8,314 es la constante de gas universal. La unidad de medida es (J / mol • K)
• T es la temperatura
• V es el volumen.

¿Cómo cambiará la presión de un gas ideal?

Analizando la igualdad 7, podemos ver que la presión de un gas ideal es proporcional al cambio de temperatura y concentración.

En el estado de un gas ideal, todos los parámetros de los que depende son posibles, y algunos de ellos pueden cambiar. Consideremos las situaciones más probables:

• Proceso isotérmico Este proceso se caracteriza por el hecho de que la temperatura en él será constante (T = const). Si sustituimos una temperatura constante en la ecuación 1, vemos que el valor del producto P * V también será constante.
  • PV = const [Formula 8]

La ecuación 8 muestra la relación entre el volumengas y su presión a temperatura constante. Esta ecuación fue descubierta en el siglo XVII por los experimentadores de los físicos Robert Boyle y Edm Mariott. La ecuación fue nombrada en su honor por la ley de Boyle-Mariott.

• Proceso isocórico En este proceso, el volumen, la masa del gas y su masa molar permanecen constantes. V = const, m = const, M = const. Por lo tanto, obtenemos la presión de un gas ideal. La fórmula se muestra a continuación:
  • P = P₀AT [Fórmula 9]
  • Donde: P es la presión del gas a temperatura absoluta,
  • P₀ - presión del gas a una temperatura de 273 ° K (0 ° C),
  • A es el coeficiente de temperatura de presión. A = (1 / 273.15) K^-1

Esta dependencia fue descubierta en el siglo XIX por el físico experimental Charles. Por lo tanto, la ecuación es el nombre de su creador: la ley de Charles.

El proceso isocórico se puede observar si el gas se calienta a un volumen constante.

• Proceso isobárico. Para este proceso, la presión, la masa del gas y su masa molar son constantes. P = const, m = const, M = const. La ecuación del proceso isobárico tiene la forma:
  • V / T = const o V = V₀AT [Fórmula 10]
  • donde: V₀ - volumen de gas a una temperatura de 273 ° K (0 ° C);
  • A = (1 / 273.15) K^-1.

En esta fórmula, el coeficiente A actúa como un coeficiente de temperatura para la expansión volumétrica del gas.

Esta dependencia fue descubierta en el siglo XIX por el físico Joseph Gay-Lussac. Es por eso que esta igualdad lleva su nombre: la ley de Guy-Lussac.

Si tomamos un frasco de vidrio conectado a un tubo, cuya abertura está cubierta por un líquido, y para calentar la estructura, podemos observar el proceso isobárico.

Vale la pena señalar que el aire a temperatura ambiente tiene propiedades similares al gas ideal.