Calculadora de la ley de Boyle

Esta calculadora de la ley de Boyle es una gran herramienta para cuando necesitas estimar los parámetros de un gas en un proceso isotérmico. En el artículo a continuación encontrarás la respuesta a "¿Qué es la ley de Boyle?", así que sigue leyendo para conocer la fórmula de la ley de Boyle, ver algunos ejemplos prácticos de ejercicios sobre la ley de Boyle y aprender a reconocer cuándo un proceso satisface la ley de Boyle en una gráfica.

Si necesitas calcular los resultados de un proceso isobárico, consulta nuestra calculadora de la ley de Charles.

La ley de Boyle (también conocida como ley de Boyle-Mariotte) nos habla de la relación entre la presión de un gas y su volumen a temperatura y masa de gas constantes. Establece que la presión absoluta es inversamente proporcional al volumen.

La definición de la ley de Boyle también puede formularse de la siguiente manera: el producto de la presión y el volumen de un gas en un sistema cerrado es constante mientras la temperatura no varíe.

La ley de Boyle describe el comportamiento de un gas ideal. Podemos caracterizar este gas mediante la ecuación de gas ideal, sobre la que puedes leer más en nuestra calculadora de la ley de los gases ideales. La ley de Boyle nos habla de un proceso isotérmico, lo que significa que la temperatura del gas permanece constante durante este, al igual que la energía interna del gas.

Podemos escribir la ecuación de la ley de Boyle de la siguiente manera:

p₁ × V₁ = p₂ × V₂,

donde p₁ y V₁ son la presión y el volumen iniciales, respectivamente. Del mismo modo, p₂ y V₂ son los valores finales de estos parámetros del gas.

Podemos escribir la fórmula de la ley de Boyle de otras formas dependiendo del parámetro que queramos estimar. Digamos que cambiamos el volumen de un gas en condiciones isotérmicas, y queremos encontrar la presión resultante. Entonces, la ecuación de la ley de Boyle establece que:

p₂ = p₁ × V₁/V₂ o p₂/p₁ = V₁/V₂.

Como vemos, el cociente de las presiones final e inicial es igual al inverso del cociente de los volúmenes. Esta calculadora de la ley de Boyle funciona en la dirección que quieras. Solo tienes que introducir tres parámetros cualesquiera, ¡y el cuarto se calculará inmediatamente!

Podemos visualizar todo el proceso en un gráfico de la ley de Boyle. El más utilizado es aquel en el que la presión es una función del volumen y la curva es una hipérbola. Este proceso puede avanzar en cualquier dirección, por lo que tanto la compresión como la expansión del gas satisfacen la ley de Boyle.

Podemos utilizar la ley de Boyle de varias formas, así que veamos algunos ejemplos:

1. Imaginemos que tenemos un recipiente elástico que contiene un gas. La presión inicial es de 100 kPa (o 10⁵ Pa si utilizamos la notación científica), y el volumen del recipiente es igual a 2 m³. Decidimos comprimir la caja hasta 1 m³, pero no cambiamos la temperatura global. La pregunta es: "¿Cómo cambia la presión del gas?". Podemos utilizar la fórmula de la ley de Boyle:

   p₂ = p₁ × V₁/V₂ = 100 kPa × 2 m³/1 m³ = 200 kPa.

   Tras reducir el volumen a la mitad, la presión interna se duplica. Esto es consecuencia de que el producto de la presión y el volumen debe ser constante durante este proceso.

2. El siguiente ejemplo de la ley de Boyle se refiere a un gas sometido a 2.5 atm de presión mientras ocupa 6 litros de espacio. A continuación se descomprime isotérmicamente hasta la presión de 0.2 atm. Averigüemos su volumen final. Tenemos que reescribir la ecuación de la ley de Boyle:

   V₂ = V₁ × p₁/p₂ = 6 L × 2.5 atm/0.2 atm = 75 L.

   ¡Siempre puedes utilizar nuestra calculadora de la ley de Boyle para comprobar si tus cálculos son correctos!

La ley de Boyle describe todos los procesos para los que la temperatura permanece constante. En termodinámica, la temperatura mide la energía cinética media que tienen los átomos o las moléculas. En otras palabras, podemos decir que la velocidad media de las partículas del gas no cambia durante esa transición. La fórmula de la ley de Boyle es válida para un amplio intervalo de temperaturas.

En el modo avanzado, puede elegir la temperatura que desee y nosotros calcularemos el número de moléculas que contiene el gas. Solo tienes que asegurarte de que la sustancia permanece en forma gaseosa (por ejemplo, ni se condensa ni cristaliza) a esa temperatura.

Hay algunos ámbitos en los que la ley de Boyle es aplicable:

• Máquina de Carnot - Consta de cuatro procesos termodinámicos, de los cuales dos son isotérmicos y cumplen la ley de Boyle. Este modelo puede decirnos cuál es el rendimiento máximo de un motor térmico.

• La respiración también puede describirse mediante la ley de Boyle. Cada vez que respiramos, el diafragma y los músculos intercostales aumentan el volumen de los pulmones, lo que reduce la presión del gas. Ya que el aire fluye de una zona de mayor presión a una de menor presión, este entra en los pulmones y nos permite tomar oxígeno del ambiente. Durante la exhalación, el volumen de los pulmones disminuye, por lo que la presión interior es mayor que la exterior, de modo que el aire fluye en sentido contrario.

• Jeringas - Siempre que te ponen una inyección, un médico o una enfermera extraen primero un líquido de un pequeño vial. Para ello, utilizan una jeringuilla. Al tirar del émbolo, aumenta el volumen accesible, lo que disminuye la presión y, según la fórmula de la ley de Boyle, provoca la succión del líquido.

La ley de Boyle, junto con la de Charles y la de Gay-Lussac, es una de las leyes fundamentales que describen la inmensa mayoría de los procesos termodinámicos.

Además de calcular los valores de parámetros específicos como la presión o el volumen, también es posible conocer algo sobre la transferencia de calor y el trabajo realizado por el gas durante estas transiciones, así como el cambio interno de energía. Hemos reunido todo eso en nuestra calculadora combinada de la ley de los gases 🇺🇸, donde puedes elegir el proceso que quieras y evaluar los resultados para gases reales.