Ecuación de estado de un gas ideal – Isotermas de un gas ideal

Las sustancias reales presentan un comportamiento variado y con frecuencia complejo que es difícil reflejar en una ecuación sencilla. Por ejemplo, pueden existir en distintos estados o experimentar cambios de fase. Su densidad varía con la temperatura, y puede aumentar o disminuir en función de la misma dependiendo del tipo de sustancia.

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Sin embargo, para ciertas situaciones simplificadas es posible encontrar ecuaciones de estado que relacionen las variables termodinámicas empleadas para caracterizar el estado de una sustancia. Y el caso más sencillo de todos es el de un gas.

Cuando las interacciones entre las moléculas de un gas son débiles y su densidad es baja (sus moléculas están muy alejadas unas de las otras),  su comportamiento puede explicarse con ayuda del concepto de gas ideal.

Un gas ideal es un modelo teórico de gas cuya ecuación de estado se deduce bajo las siguientes hipótesis:

    • Las interacciones entre las moléculas son despreciables y solo experimentan choques elásticos entre ellas.
    • El volumen de las moléculas es despreciable.

La ecuación de estado obtenida al aplicar los supuestos anteriores explica razonablemente bien el comportamiento de gases reales para condiciones de presión y temperatura no cercanas a sus cambios de estado: presión baja para que las moléculas estén alejadas entre sí y puedan ser consideradas partículas puntuales y temperaturas altas donde el gas está muy lejos de transformarse en un líquido.

La ecuación de estado de un gas ideal viene dada por:

Donde n es el número de moles y R la constante de los gases ideales, que en el Sistema Internacional toma el valor:

Podemos representar la ecuación de estado de un gas ideal en un diagrama p-V. Para ello, despejamos p de la ecuación de estado:

En esta ecuación podemos ir asignando distintos valores a la temperatura (en kelvin), con lo que obtenemos una de ecuación de dos variables,  p y V, para cada valor de la temperatura, por ejemplo:

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Para cada valor de la temperatura obtenemos por tanto una hipérbola. Representándolas en un diagrama p-V:

Las curvas representadas se denominan isotermas de un gas ideal. Los puntos de una misma curva representan estados del gas ideal (combinaciones de presión y volumen) que se encuentran a la misma temperatura.

Cuanto más arriba esté la isoterma en el diagrama p-V mayor será su temperatura.

La página Ecuación de estado de un gas ideal – Isotermas de un gas ideal ha sido originalmente publicada en YouPhysics

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