Relación para una cantidad fija de gas ideal a temperatura constante según la cual la presión es inversamente proporcional al volumen, expresada comúnmente como PV = constante para un proceso isotérmico.

Principio

En condiciones isotérmicas (T constante) y n fijo, comprimir un gas reduce su volumen y aumenta su presión de modo que el producto P·V permanece constante; la ley codifica el equilibrio mecánico isotérmico en la aproximación ideal.

Demostración

Al comprimir lentamente un gas confinado en contacto térmico con un termostato se mantiene T constante; los valores medidos de presión frente a volumen satisfacen P1V1 = P2V2 dentro de la incertidumbre experimental en condiciones moderadas. Ejemplo práctico: movimiento del émbolo en una jeringa a temperatura constante.

Aplicación incorrecta

Aplicar PV = const. durante una compresión rápida (adiabática) donde la temperatura cambia y se aplica PV^γ = const., o usar la ley cerca de la condensación o a altas densidades donde las fuerzas intermoleculares son importantes.

Consecuencia

Permite calcular cambios de presión o volumen durante procesos isotérmicos y es básico para el pensamiento termodinámico sobre trabajo y calor en escenarios de compresión y expansión de gases.

Inversión

La reversión es una expansión isotérmica: aumentar V reduce P para mantener PV constante; por contraste, una reversión adiabática sigue PV^γ = const., destacando la diferencia introducida por el intercambio de calor.

Límite

Se aplica a cambios isotérmicos cuasiestáticos de una cantidad fija de gas diluido donde se cumple el comportamiento ideal; excluye procesos con aislamiento térmico significativo (adiabáticos), reacciones químicas que cambien n o regímenes dominados por no idealidades.

Tensión semántica

Existe tensión entre la relación inversa isotérmica de Boyle y las relaciones adiabáticas (por ejemplo, la ley de Poisson); hay que distinguir las condiciones del proceso (T constante vs sin intercambio de calor) para elegir la ley correcta.

Síntesis

La ley de Boyle establece que, para una cantidad fija de gas ideal mantenida a temperatura constante, la presión y el volumen están inversamente relacionados de modo que su producto es constante; captura la respuesta mecánica isotérmica dentro del marco del gas ideal.