¿Qué sucede cuando se calienta el gas?

Durante siglos y a través de múltiples experimentos, los físicos y químicos han sido capaces de relacionar las características clave de un gas, incluyendo el volumen que ocupa (V) y la presión que ejerce en su recinto (P), con la temperatura (T). La ley del gas ideal es una destilación de sus hallazgos experimentales. Establece que PV = nRT, donde n es el número de moles del gas y R es una constante llamada la constante universal del gas. Esta relación muestra que, cuando la presión es constante, el volumen aumenta con la temperatura, y cuando el volumen es constante, la presión aumenta con la temperatura. Si ninguno de los dos es fijo, ambos aumentan con el aumento de la temperatura.

Resumen

Cuando se calienta un gas, tanto su presión de vapor como el volumen que ocupa aumentan. Las partículas de gas individuales se vuelven más energéticas y la temperatura del gas aumenta. A altas temperaturas, el gas se convierte en plasma.

Ollas de presión y globos

Una olla a presión es un ejemplo de lo que sucede cuando se calienta un gas (vapor de agua) confinado a un volumen fijo. A medida que la temperatura aumenta, la lectura en el manómetro aumenta hasta que el vapor de agua comienza a escapar a través de la válvula de seguridad. Si la válvula de seguridad no estuviera allí, la presión seguiría aumentando y dañaría o reventaría la olla a presión.

Cuando se aumenta la temperatura de un gas en un globo, la presión aumenta, pero esto sólo sirve para estirar el globo y aumentar el volumen. A medida que la temperatura continúa aumentando, el globo alcanza su límite elástico y ya no puede expandirse. Si la temperatura sigue subiendo, la presión creciente hace estallar el globo.

El calor es energía

Un gas es un conjunto de moléculas y átomos con suficiente energía para escapar de las fuerzas que los unen en estado líquido o sólido. Cuando se encierra un gas en un contenedor, las partículas chocan entre sí y con las paredes del contenedor. La fuerza colectiva de las colisiones ejerce presión sobre las paredes del contenedor. Cuando se calienta el gas, se añade energía, lo que aumenta la energía cinética de las partículas y la presión que ejercen sobre el contenedor. Si el contenedor no estuviera allí, la energía extra los induciría a volar por trayectorias más grandes, aumentando efectivamente el volumen que ocupan.

La adición de energía térmica también tiene un efecto microscópico sobre las partículas que constituyen un gas, así como sobre el comportamiento macroscópico del gas en su conjunto. No sólo aumenta la energía cinética de cada partícula, sino también sus vibraciones internas y las velocidades de rotación de sus electrones. Ambos efectos, combinados con el aumento de la energía cinética, hacen que el gas se sienta más caliente.

Del gas al plasma

Un gas se vuelve cada vez más energético y caliente a medida que la temperatura aumenta hasta que, en cierto punto, se convierte en plasma. Esto ocurre a temperaturas que ocurren en la superficie del sol, alrededor de 6.000 grados Kelvin (10.340 grados Fahrenheit). La alta energía térmica despoja a los electrones de los átomos del gas, dejando una mezcla de átomos neutros, electrones libres y partículas ionizadas que generan y responden a las fuerzas electromagnéticas. Debido a las cargas eléctricas, las partículas pueden fluir juntas como si fueran un fluido, y también tienden a aglutinarse. Debido a este comportamiento peculiar, muchos científicos consideran que un plasma es un cuarto estado de la materia.

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