¿Qué es un gas ideal?

Un gas ideal es un estado de materia teórica utilizado por los físicos en el análisis de la teoría de probabilidad. El gas ideal está formado por moléculas que rebotan entre sí sin interactuar de ninguna otra manera. No hay fuerzas de atracción o repulsión entre las moléculas, y no se pierde energía durante las colisiones. Los gases ideales se pueden describir completamente por su volumen, densidad y temperatura.

La ecuación de estado para un gas ideal, comúnmente conocida como la ley del gas ideal, es PV = NkT. En la ecuación, N es el número de moléculas yk es la constante de Boltzmann, que es igual a aproximadamente 1.4 x 10 ^-23 julios por kelvin. Lo que suele ser más importante es que la presión y el volumen son inversamente proporcionales, y cada uno es proporcional a la temperatura. Esto significa, por ejemplo, que si la presión se duplica mientras la temperatura se mantiene constante, entonces el volumen del gas debe reducirse a la mitad; Si el volumen del gas se duplica mientras la presión se mantiene constante, la temperatura también debe duplicarse. En la mayoría de los ejemplos, el número de moléculas en el gas se considera constante.

Por supuesto, esto es solo una aproximación. Las colisiones entre las moléculas de gas no son perfectamente elásticas, se pierde algo de energía y existen fuerzas electrostáticas entre las moléculas de gas. Pero en la mayoría de las situaciones cotidianas, la ley de los gases ideales se aproxima mucho al comportamiento real de los gases. Incluso si no se usa para realizar cálculos, tener en cuenta las relaciones entre presión, volumen y temperatura puede ayudar a un científico a comprender el comportamiento de un gas de forma intuitiva.

La ley de los gases ideales es a menudo la primera ecuación que las personas aprenden cuando estudian gases en una clase introductoria de física o química. La ecuación de Van der Waal, que incluye algunas correcciones menores a los supuestos básicos de la ley del gas ideal, también se enseña en muchos cursos introductorios. En la práctica, sin embargo, la corrección es tan pequeña que si la ley del gas ideal no es lo suficientemente precisa para una aplicación dada, la ecuación de Van der Waal tampoco será lo suficientemente buena.

Como en la mayoría de la termodinámica, también se supone que el gas ideal está en un estado de equilibrio. Esta suposición es claramente falsa si la presión, el volumen o la temperatura están cambiando; si estas variables están cambiando lentamente, un estado llamado equilibrio cuasiestático, sin embargo, el error puede ser aceptablemente pequeño. Renunciar a la suposición del equilibrio cuasiestático significa dejar atrás la termodinámica para el mundo más complicado de la física estadística.