¿Cuál es la intuición detrás de la ley de gas ideal PV = nRT?

Olvídate de la parte R por el momento. Eso es solo una constante; finge que podría ser cualquier cosa. En realidad, reemplacémoslo con la constante de Boltzmann y reemplacemos n con N, donde N es el número de moléculas reales en el gas, en lugar del número de moles de gas.

(Escurridizo, ahora tienes otra forma de la ecuación que se encuentra comúnmente).

Entonces, P es presión, V es volumen y T es temperatura, y N es la cantidad de moléculas que tiene alrededor, y si lo reorganizamos e ignoramos las constantes que realmente no tienen mucha importancia en el gran esquema de las cosas ( son solo una indicación de lo que estás usando como una medida), obtienes algo como esto:

[matemáticas] P \ propto \ frac {NT} {V} [/ matemáticas]

Digamos que tienes una caja. P es la presión en las paredes de la caja (también es la presión del gas, lo mismo). V es el volumen de la caja, o, si lo prefiere, el tamaño de la caja en la que está empujando el gas. N es la cantidad de gas que realmente tienes, y T es lo caliente que está.

Si mete un gas en una caja, rebota en los costados y en sí mismo todo el tiempo: esta es su energía, o si lo desea, la temperatura del gas, las cosas más calientes tienen más energía. ¡Pero! También está golpeando el costado de la caja, esta es la presión, y lo hace con mayor frecuencia con más energía. Esperarías eso; hace más calor, por lo que las pequeñas moléculas zumban más rápido y chocan con las cosas con más frecuencia, por lo que obtienes una mayor presión.

Lo que estás viendo con la ecuación es que si subes el calor, la presión aumenta (se mueve más rápido, las moléculas chocan más con la caja = aumenta la presión).

¿Pegar más gas en la caja pero mantenerla a la misma temperatura? La presión aumenta (la temperatura es la misma que la rapidez con que se mueven las moléculas. ¿Más moléculas, la misma velocidad? Más colisiones que menos moléculas a la misma velocidad, por lo que la presión aumenta).

¿Mantiene la misma cantidad de gas en la caja, pero encoge la caja? La presión aumenta (¿menos espacio para maniobrar, la misma cantidad de gas, la misma temperatura? Las moléculas tienen menos espacio para moverse antes de golpear el costado de la caja, por lo que golpean con más frecuencia y aumenta la presión).

Benjamin Schak preguntó:

El uso de partículas de gas más masivas también debería aumentar la presión. En otras palabras, P es proporcional a N * m * T / V, donde m es la masa de una molécula del gas. ¿Por qué está mal esto?

No está mal; Esto se debe al teorema de la equipartición. Lo que esto dice es que para una temperatura dada, la energía del gas es la misma independientemente de la masa de las moléculas del gas. Un gas más ligero tendrá partículas con una velocidad promedio más alta que un gas más pesado para la misma temperatura.

Otra forma de verlo es que cuando convierte la energía en el gas en temperatura, ya está teniendo en cuenta la masa de las partículas: se calienta en el valor de la temperatura.

Si estuviera observando únicamente la energía de las partículas, necesitaría tener en cuenta las masas, pero terminaría con el mismo resultado que si hubiera considerado la temperatura.