¿Qué son las leyes de los gases?
Tres magnitudes describen el estado de un gas: la presión P, el volumen V y la temperatura T. Cuando la cantidad de gas es constante, mantienes una magnitud constante y miras cómo se relacionan las otras dos.
| Ley | Constante | Fórmula | Ejemplo |
|---|---|---|---|
| De Boyle | T | P·V = constante | Tapa la punta de una jeringa y empuja el émbolo: la presión aumenta |
| De Gay-Lussac | V | P/T = constante | Calienta un recipiente cerrado: la presión aumenta |
| De Charles | P | V/T = constante | Un globo inflado se encoge con el frío |
En los problemas, se comparan dos estados de un gas: P₁V₁ = P₂V₂, P₁/T₁ = P₂/T₂, V₁/T₁ = V₂/T₂.
Ejemplo 1. A temperatura constante, 2 L de gas tienen una presión de 100 kPa. Si el volumen pasa a ser 1 L, P₂ = 100 × 2 ÷ 1 = 200 kPa.
Ejemplo 2. En un recipiente cerrado, la presión es de 100 kPa a 27 °C. Si lo calientas a 327 °C, entonces T₁ = 300 K y T₂ = 600 K, así que P₂ = 100 × 600 ÷ 300 = 200 kPa.
Comprueba las leyes en una gráfica
Mantén constante una magnitud, cambia otra y mira cómo se mueve el punto en la gráfica. Este simulador está incluido en el acceso completo. La descarga es gratis, y 2 unidades y 5 simuladores están abiertos sin cuenta.
¿Cómo se usa el simulador?
- Al principio está seleccionada la opción Nada. El calor y el volumen pueden cambiar libremente.
- Los botones Pesado y Ligero añaden 6 partículas cada uno. El botón redondo con un signo menos quita 6 partículas.
- Toca el botón T constante (Boyle). El control Calor se bloquea. Al mover el control Volumen, el punto verde se mueve por la curva P–V.
- Toca el botón V constante (Gay-Lussac). El control Volumen se bloquea. Al calentar el gas con el control Calor, el punto se mueve por la recta P–T.
- Después de añadir partículas, vuelve a tocar el botón de la magnitud constante. La curva se dibuja de nuevo con los nuevos valores.
El simulador no tiene modo de P constante. Estudia la ley de Charles (P constante) con su fórmula.
Retos para probar en el simulador
- En el modo T constante (Boyle), pon el volumen en el valor más pequeño. Respuesta: La presión pasa de unas 10 atm a unas 18 atm. P·V casi no cambia.
- En el modo V constante (Gay-Lussac), calienta el gas de 300 K a 600 K. Respuesta: La presión se duplica aproximadamente. La recta parte del punto 0 K, 0 atm, y eso muestra por qué necesitas kelvin.
- Observa las partículas Pesado y Ligero. Respuesta: Las partículas rojas ligeras se mueven más rápido. A la misma temperatura, los dos tipos de partículas tienen la misma energía cinética media, así que la etiqueta de temperatura no cambia.
Errores frecuentes en los problemas de gases
- Resolver en °C. Convierte siempre la temperatura a kelvin: T = t + 273. Si resuelves el ejemplo 2 en °C, obtienes la respuesta incorrecta de que la presión aumentó 12 veces.
- Pensar que la gráfica P–V es una recta. Cuando el volumen se reduce a la mitad, la presión se duplica, así que la gráfica es una curva. La gráfica P–T, en cambio, es una recta.
- Olvidar la cantidad de gas. Estas leyes solo se cumplen cuando el número de partículas es constante. Si añades partículas, P·V cambia.
