Ley de los gases ideales
En un gas ideal, presión, volumen y temperatura se atan en una relación, PV = nRT. Aunque unas los mismos dos puntos, la traza en el plano P-V difiere según el proceso sea isotermo, isóbaro, isócoro o adiabático. Una ecuación se parte en cuatro caminos.
Mueve el volumen y la temperatura y la presión sigue como P = nRTV, y los tres valores cumplen siempre PV = nRT. Cuando un neumático se calienta al sol de verano o en una autopista el volumen se queda casi igual mientras la temperatura sube y la presión sube con ella, y esa es esta relación. El aire más caliente empuja más fuerte en el mismo sitio.
Fija la temperatura y el producto de presión y volumen se queda constante. Arrastra el volumen y el punto se mueve por una curva inversa, una hipérbola, y esa es la traza de un proceso isotermo. Tapa la boca de una jeringa y empuja despacio hasta reducir el volumen a la mitad y la presión se dobla, y cuando la temperatura es constante la presión y el volumen se mueven al revés uno del otro.
Mira los dos procesos con los botones y las trazas son simples. Isóbaro mantiene la presión, una línea horizontal, e isócoro mantiene el volumen, una línea vertical, las dos trazas más simples. Tira una lata sellada al fuego y el volumen se queda fijo mientras solo sube la temperatura y la presión se dispara, isócoro, y calienta un gas bajo un pistón que se mueve libre y se hincha manteniendo la presión del aire, isóbaro.
Adiabático quiere decir que no se intercambia calor, así que PVγ se queda constante. Partiendo del mismo punto la curva adiabática es más empinada que la isoterma, porque la temperatura baja al expandirse el gas. El aire que sube una montaña se expande y se enfría y hace nube y lluvia, y la boquilla de un espray se pone fría, los dos una expansión adiabática tan rápida que el calor no tiene tiempo de cruzar y la temperatura cae.
Por último, pon los cuatro procesos en un sitio. Cambia isotermo, isóbaro, isócoro y adiabático con los botones y las trazas que salen del mismo inicio son cada una distinta de un vistazo, y como el área bajo la curva era el trabajo, un proceso distinto quiere decir un trabajo distinto. El capítulo siguiente pasa al motor térmico que trabaja con este ciclo y a la ley 2. Un motor de coche real o un frigorífico también gira como un ciclo que une estos procesos en un lazo, y el área que el lazo cerrado encierra en el plano P-V es el trabajo neto intercambiado en una vuelta.