Gas ideal PV = nRT, y cada proceso traza distinto
En un gas ideal, la presión, el volumen y la temperatura quedan atados por la única relación PV = nRT. Aun entre los mismos dos puntos, la traza en el plano P-V cambia según el proceso sea isotermo, isóbaro, isócoro o adiabático.
Mueve el volumen y la temperatura. La presión sigue como P = nRTV. Los tres siempre cumplen PV = nRT. Cuando un neumático se calienta bajo el sol de verano o tras conducir por autopista, el volumen se mantiene casi igual mientras la temperatura T sube, así que la presión P trepa con ella, que es exactamente esta relación.
Mantén fija la temperatura y PV se conserva. Arrastra el volumen y el punto se mueve por una curva inversa, una hipérbola. Esta es la traza de un proceso isotermo. Igual que tapar la punta de una jeringa y empujar despacio para reducir el volumen a la mitad duplica la presión, cuando la temperatura se mantiene constante P y V se mueven en sentidos opuestos.
Mira dos procesos con los botones. El isóbaro fija la presión, así que es una línea horizontal; el isócoro fija el volumen, así que es una línea vertical. Las dos trazas más simples. Arroja una lata sellada al fuego y el volumen queda fijo mientras solo sube la temperatura, así que la presión se dispara, lo cual es isócoro; calienta el gas bajo un pistón que se mueve libremente y se hincha manteniendo la presión atmosférica, lo cual es isóbaro.
Un proceso adiabático no intercambia calor, así que PVγ se mantiene constante. Partiendo del mismo punto, la curva adiabática es más empinada que la isoterma, porque el gas además se enfría al expandirse. El aire que asciende por una montaña, expandiéndose y enfriándose para formar nubes y lluvia, y la boquilla de un aerosol que se enfría al rociar, son ambos adiabáticos: se expanden demasiado rápido para que el calor entre o salga, así que la temperatura baja.
Por último, superpón los cuatro procesos en un mismo punto. Cambia isotermo, isóbaro, isócoro y adiabático con los botones y verás de un vistazo qué distinto sale cada traza del mismo inicio. Como el área bajo la curva era el trabajo, un proceso distinto significa trabajo distinto. En el próximo capítulo pasamos a los motores térmicos hechos de estos ciclos, y a la segunda ley. Los motores de coche y los refrigeradores reales también funcionan con un ciclo que enlaza estos procesos en un lazo, y el área que ese lazo cerrado encierra en el plano P-V es el trabajo neto intercambiado en una vuelta.