Trabajo realizado por un gas

Cuando se habla de trabajo realizado por un sistema termodinámico, a menudo se trata del trabajo realizado por un gas encerrado en un recipiente provisto de una pared móvil (que puede ser un pistón, por ejemplo). Este sistema es especialmente interesante porque en él se basa el funcionamiento de todas las máquinas térmicas.

En este contexto el trabajo es la cantidad de energía transferida de un sistema a sus alrededores mediante una fuerza cuando se produce un desplazamiento.

Para calcular el trabajo realizado por un gas vamos a partir de la expresión del trabajo realizado por una fuerza para aplicarla a la situación representada en la siguiente figura:

Un gas se encuentra encerrado en un recipiente como el mostrado a la izquierda de la figura superior. El gas ejerce una fuerza F sobre la pared móvil, de tal manera que esta se desplaza una distancia dx.

El trabajo realizado por F sobre la pared móvil entre los estados A y B viene dado por:

Y recordando la definición de presión:

La unidad de trabajo en el Sistema Internacional es el julio (J).

Podemos utilizar un diagrama p-V para representar la transformación que experimenta el gas cuando pasa del estado A al estado B:

El trabajo es el área bajo la curva que representa la transformación entre los estados A y B, ya que la interpretación geométrica de una integral definida es precisamente el área de la región limitada por la curva, el eje horizontal y los puntos de coordenadas V_A y V_B. Cuando el trabajo sea realizado sobre el gas por sus alrededores al área habrá que añadirle un signo negativo.

Criterio de signos: El trabajo realizado por un gas sobre sus alrededores cuando se expande es positivo. Cuando el gas se comprime el trabajo que realiza es negativo.

En la situación representada en la figura superior el trabajo realizado por el gas es positivo.

La página Trabajo realizado por un gas ha sido originalmente publicada en YouPhysics