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Termodinámica, ley de los gases perfectos y transformaciones.

Es costumbre explicar el funcionamiento de los motores desde un punto de vista mecánico, empero en realidad los motores son máquinas térmicas y su estudio y calculo se hace desde un punto de vista termodinámico, mientras que el análisis mecánico hace a las características constructivas.

La termodinámica es una especialidad de la física que como su nombre lo indica, estudia la dinámica del calor y principalmente la reacción de los gases ante cambios determinados de este. No es una ciencia muy difundida entre el común de la gente (no relacionada con carreras técnicas industriales) siendo en ese aspecto mas conocida la mecánica y también de mas fácil interpretación.

A pesar de no ser tan difundida, resulta vital, pues como toda ley física, rige para todo el universo y de hecho el universo se rige por estas leyes, como ejemplo digamos que la atmósfera terrestre esta constituida por gases el que esta sometido a intercambio de calor y variaciones de presión, lo que le va a producir cambios, estos cambios siguen formulaciones y leyes termodinámicas, para no hablar del calor y su comportamiento, presente en todo el universo.

Uno de los avances mas importantes en la termodinámica se dio en el siglo XVII momento en que el físico ingles Boyle y el francés Mariotte, tras experimentar con los gases llegan simultáneamente a determinar lo que se conocería como la ley fundamental de los gases perfectos y dice:

A temperatura constante el volumen de una masa de gas esta en relación inversa a la presión a que se encuentra sometida.

En otras palabras es, si la temperatura es constante, a mayor presión menor volumen y viceversa, esto matemáticamente por las siguientes expresiones:

P .V = R. T

P = r . R . T

Donde P es la presión, V el volumen por mol, T la temperatura absoluta, R la constante de los gases perfectos, r la densidad.

En base a esto pueden establecerse las siguientes leyes:

A presión constante, el volumen de un gas es proporcional a la temperatura y la densidad será inversa del volumen y de la temperatura.

A volumen constante, la presión es directamente proporcional a la temperatura y la densidad inversa.

A temperatura constante, el volumen de un gas es inversamente proporcional a la presión y la densidad directamente proporcional.

A partir de aquí se siguieron estudios e investigaciones para determinar como variaban los gases tras cambios de temperatura, presión, volumen, o varios de ellos simultáneamente dando origen a las transformaciones térmicas, que podemos resumirlas en:

Si en un recipiente cerrado tenemos un gas que bien puede ser aire a determinada presión y lo calentamos, si no se permite que varíe su volumen, se verá un incremento en la presión del mismo, esta es una transformación a volumen constante. Por otra parte si se realiza lo mismo pero se mantiene constante su presión, el incremento será de volumen (transformación a presión constante). ---si se permiten variaciones de presión y volumen según ciertos parámetros, se tendrá una transformación adiabática.

Si se tiene un cilindro conteniendo un gas, tapado con un pistón capaz de desplazarse hacia arriba y hacia abajo dentro del mismo, construidos con materiales que no permitan la transferencia de calor, es decir que no es posible que se ceda o se absorba calor a través de sus paredes, y empieza a desplazarse el pistón de modo que comprima el gas, este reducirá su volumen, como es obvio se elevara la presión y ademas se calentará. Por el contrario si se expande el gas aumentará su volumen, disminuirá su presión y se enfriará.

Si en ningún momento se produjo transferencia de calor, es decir que el gas en el cilindro ni absorbió, ni cedió calor se tendrá una transformación adiabática.

En otras palabras, las transformaciones que impliquen variaciones de volumen y presión si producirse un intercambio de calor son transformaciones adiábaticas.

Estas son transformaciones puras en condiciones ideales, en la realidad existen perdidas, por ende, estas transformaciones no ocurren de esta forma exacta, mezclándose entre si, dando lugar a las politrópicas.

En lo que respecta al calculo y estimaciones de estas transformaciones, matemáticamente hablando, todas parten de las ecuaciones propuestas en la ley de gases perfectos, de allí su importancia.

No proseguiremos mas con esta especialidad, pues no es objetivo de este curso explicar esta ciencia, que ademas es extensa, compleja y requiere una serie de conocimientos previos para poder entenderla. Esta breve explicación es un comentario para incentivar y orientar al alumno en la investigación y no quedarse con la explicación clásica acostumbrada y en general con errores de concepto.

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