Transformación isobárica: toda la materia

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La transformación isobárica corresponde a los cambios que se producen en los gases a presión constante.

Cuando una masa de gas cambia de estado cuando la presión no cambia, el volumen y la temperatura del gas varían.

La ley que gobierna esta transformación es la Ley de Charles y Gay-Lussac. Los científicos Jacques Alexandre Charles y Joseph Louis Gay-Lussac, a través de sus experimentos, llegaron a la conclusión de que:

«Si la presión de una masa de gas es constante, entonces la relación entre volumen y temperatura también es constante».

¿Cómo ocurre la transformación isobárica?

El prefijo Yo asi indica que la grandeza es constante. Por tanto, en el proceso isobárico la presión se mantiene constante al realizar una transformación.

fila de la tabla con celda con estado de espacio 1 extremo de celda celda con flecha derecha espacio de transformación con espacio recto p espacio constante al final de celda celda con estado de espacio 2 fin de celda línea en blanco con celda con paréntesis izquierdo p espacio de coma recta V con 1 subíndice coma espacio recto T con 1 subíndice paréntesis derecho final de celda celda en blanco con paréntesis izquierdo recto p espacio de coma recto V con 2 subíndice espacio de coma T con 2 subíndice paréntesis derecho fin de celda línea en blanco con espacio en blanco blanco fin de la tabla en blanco

Esto significa que si un gas sufre sucesivos cambios a presión constante, el cociente entre volumen y temperatura es el mismo.

fila de la tabla con celda con estado de espacio 1 fin de celda en blanco celda con estado de espacio 2 fin de celda en blanco con estado de espacio 3 fin de celda línea en blanco con celda con línea V con 1 subíndice en la línea T con 1 subíndice al final de celda igual a celda con línea V con 2 subíndices en la línea T con 2 subíndices al final de la celda igual a la celda con la línea V con 3 subíndices en la línea T con 3 subíndices al final de la celda igual al final de la tabla línea de la tabla con la línea en blanco con la línea K al final de la tabla

Fórmula de transformación isobárica

Matemáticamente, en cualquier estado, la transformación isobárica se expresa mediante la fórmula:

V recta sobre el espacio T recto igual al espacio K recto

Dónde,

V: volumen ocupado por el gas;
T: temperatura absoluta del gas;
K: constante de presión, que relaciona la masa, la presión y la naturaleza del gas.

Otra forma de interpretar la relación entre las magnitudes de la Ley de Charles y Gay-Lussac es decir que una masa de gas sometida a una transformación a presión constante tiene una variación de volumen directamente proporcional a la variación de temperatura.

Por tanto, la variación se produce de manera uniforme: si duplicamos una cantidad, la otra aumenta en la misma proporción. Asimismo, si lo cortamos por la mitad, el otro también disminuye.

En una expansión isobárica hay un aumento en el volumen de gas, ya en el compresión isobárica hay una disminución en el volumen del gas.

Gráficos de transformación isobárica

Al relacionar las variables de volumen y temperatura, el gráfico se presenta como un segmento de línea.

Gráfico de transformación isobárica
Transformación isobárica: gráfico de volumen x temperatura

Si usamos el diagrama para comparar tres presiones diferentes del mismo gas, donde pa> pb> pc, la constante en la relación es inversamente proporcional a la presión y, por lo tanto, ka

A través del gráfico con las cantidades volumen y presión es posible calcular el trabajo en la transformación isobárica.

Gráfico de transformación isobárica y trabajo
Transformación isobárica: gráfico de presión x volumen

El área de la figura corresponde al trabajo, que se puede calcular mediante:

espacio recto W igual al espacio recto p.  incremento recto V

Dónde,

W: trabajo;
p: presión constante;
incremento recto V: variación de volumen.

Obtenga más información sobre las transformaciones de gas.

Ejercicios sobre transformaciones isobáricas

Pregunta 1

En una transformación isobárica, un gas que llena un recipiente de 3,0 l está inicialmente a una temperatura de 450 K. El estado final del gas indica que su temperatura ha disminuido a 300 K. ¿Cuál es el volumen del gas al final de la ¿transformación?

a) 1,0 l
b) 2,0 l
c) 3,0 l
d) 4,0 l

Alternativa correcta: b) 2,0 l.

Los datos del gas antes de que se produzca la transformación isobárica: volumen de 3,0 ly temperatura de 450 K.

Después de la transformación a presión constante, la temperatura disminuyó a 300 K.

Para calcular el volumen final del gas, podemos relacionar las cantidades con la ley de Charles y Gay-Lussac de la siguiente manera:

línea V con 1 subíndice en la línea T con 1 subíndice igual a la línea V con 2 subíndices en la línea T con 2 subíndices numerador 3 coma 0 espacio recto l en denominador 450 espacio recto K final de fracción igual al numerador recto V con 2 subíndice en denominador 300 espacio recto K final de la fracción recta V con 2 espacios de subíndice igual al espacio del numerador 3 coma 0 espacio recto l espacio.  espacio 300 espacio diagonal arriba riesgo recto K sobre denominador 450 espacio diagonal arriba riesgo recto K final de la fracción recta V con 2 subíndices espacio igual a 2 comas 0 espacio recto l

Por lo tanto, el volumen de gas en el nuevo estado es de 2,0 l.

Pregunta 2

Un gas ha sufrido una transformación a presión constante y, como resultado, su volumen ha aumentado en un 80%. Sabiendo que en el estado inicial la masa de gas estaba en el CNTP (condiciones normales de temperatura y presión), determinar la temperatura del gas, en grados Celsius, luego de este proceso.

Datos: Espacio de dos puntos CNTP paréntesis abierto línea de tabla con celda con línea p espacio igual al espacio 1 espacio atm final de línea de celda con celda T espacio de línea igual al espacio 273 espacio recto K final de celda fin de tabla cerrar paréntesis

a) 198,6 ºC
b) 186,4 ºC
c) 228,6 ºC
d) 218,4 ºC

Respuesta correcta: d) 218,4 ºC

Las cantidades involucradas en la transformación isobárica pueden relacionarse con la Ley de Charles y Gay-Lussac. Sustituyendo los datos del enunciado, tenemos:

línea V con 1 subíndice en la línea T con 1 subíndice igual a la línea V con 2 subíndices en la línea T con 2 subíndices doble flecha a la derecha numerador recto V con 1 subíndice en el denominador 273 espacio recto K final de la fracción igual al numerador 1 punto 8 recta V con 1 subíndice en el denominador directo T con 2 subíndices al final de la fracción recta T con 2 espacios de subíndice igual al espacio del numerador 273 espacio recto K espacio.  espacio 1 coma 8 líneas en diagonal hacia arriba en la recta V con 1 subíndice al final del espacio tachado en el denominador línea en diagonal hacia arriba en la recta V con 1 subíndice al final del extremo con rayas de la fracción recta T con 2 subíndices espacio igual al espacio 491 punto 4 espacio recto K

Arriba, calculamos la temperatura en Kelvin, pero la pregunta pide que la respuesta se dé en grados Celsius.

Sabiendo que T (ºC) = K – 273, calculamos la temperatura en grados Celsius.

recta T con paréntesis izquierdo º recta C subíndice paréntesis derecho final del subíndice espacio igual al espacio recta K espacio menos espacio 273 recta T espacio igual a espacio 491 punto 4 espacio menos espacio 273 recta T espacio igual a espacio 218 punto 4 espacio º C

Por lo tanto, al expandir el volumen en un 80%, el gas comenzó a tener una 218 punto 4 espacio recto C.

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Referencias bibliográficas

ÇENGEL, YA; BOLES, MA Termodinámica. 7ª ed. Porto Alegre: AMGH, 2013.

HELOU; GUALTER; NEWTON. Temas de física, vol. 2. São Paulo: Editora Saraiva, 2007.

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