8.2: Expansión de Gas

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En Expansión de Gas, asumimos Comportamiento ideal para los dos tipos de expansiones:

Expansión isotérmica

Esto muestra la expansión del gas a temperatura constante contra el peso de la masa de un objeto (m) en el pistón. La temperatura se mantiene constante, por lo tanto el cambio de energía es cero (U=0). Entonces, el calor absorbido por el gas equivale al trabajo realizado por el gas ideal en su entorno. El cambio de entalpía también es igual a cero porque el cambio en la energía cero y la presión y el volumen es constante.

Proceso Isotérmico Irreversible/Reversible

Las gráficas muestran claramente que el trabajo realizado (área bajo la curva) es mayor en un proceso reversible.

Expansiones adiabáticas

Adiabático significa cuando no se produce ningún intercambio de calor durante la expansión entre el sistema y el entorno y la temperatura ya no se mantiene constante.

Expansión adiabática reversible

Esta ecuación muestra la relación entre PV y es útil solo cuando se aplica al gas ideal y al cambio adiabático reversible. La ecuación es muy similar a la ley de Boyle excepto que tiene exponente (gamma) debido al cambio de temperatura. El trabajo realizado por un proceso adiabático reversible viene dado por la siguiente ecuación:

donde T ₂ es menor que T ₁. La energía interna del sistema disminuye a medida que el gas se expande. El trabajo se puede calcular de dos maneras porque la energía interna (U) no depende de la trayectoria. La gráfica muestra que se realiza menos trabajo en un proceso reversible adiabático que en un proceso reversible isotérmico.

Referencias

Chang, Raymond. Química Física para las Biociencias. Sausalito, CA: Ciencias Universitarias, 2005.