Ley de Charles

Jacques Charles realizó en 1787 experimentos que le permitieron ver que el volumen de un gas se incrementa de manera directa cuando la temperatura aumenta.

La unidad en el Sistema Internacional de Medidas (SI) para el volumen es el m³ y la temperatura se maneja en kelvin.

Ley de Charles “A presión constante, el volumen de la masa de un gas es directamente proporcional a la temperatura absoluta del gas”
Si tenemos un volumen de gas, que se encuentra a una temperatura (T1) y variamos el volumen de gas hasta (V2), entonces la temperatura cambiará (T2)	Expresión algebraica.

Ejemplo:

Un gas tiene un volumen de 2.5 L a 25°C. ¿Cuál será su nuevo volumen si bajamos la temperatura a 10°C?

·         Primero expresamos la temperatura en kelvins.

T₁= 25°C + 273.15 = 298.15K

T₂= 10°C + 273.15 = 283.15K

·         Usamos la expresión

·         Sustituyamos la presión y temperatura iniciales V₁, T₁ y la temperatura final T₂

                                                             

·         Multiplicamos los valores del numerador.

                                                                 

·         Dividamos los valores restantes.

                                                                      

·         Simplifiquemos las unidades.

                                                                    

·         Volumen final después del cambio de temperatura.

V₂ = 2.37l

Ley de Charles

Para cualquier gas la relación entre la temperatura y el volumen es directamente proporcional.

Si todo lo demás se mantiene constante, a medida que suba la temperatura, el volumen también aumenta. Y cuando baja la temperatura de un gas, también lo hace el volumen.

Si calientas un gas, se expande las partículas y se mueve más rápidamente y ocupa mayor espacio. imagínate un globo que se expande cuando los particulares del gas chocan contra sus paredes (al expandirse, eso mantiene en la presión constante). Cuanto más rápido se mueven las partículas, más presionarán sobre las paredes del globo, expandiéndolo.

Por el contrario, si enfrías el gas – apoyas el globo sobre hielo - eso aminora el movimiento de las partículas, y entonces el globo se contrae.

Jacques Charles tiene la autoría sobre esta Ley de los Gases que relaciona la temperatura y el volumen, pese a que no el público. Un colega suyo, Joseph Louis Gay-Lussac, fue quien el público, pero honradamente le dio autoría a Charles. La ley de Charles sostiene que, para una cantidad dada de gas a una presión constante, la temperatura y el volumen son directamente proporcionales.

Lo puedes escribir de modo matemático:

Donde V es igual a volumen, T es igual a temperatura en grados kelvin, y K es una constante de proporcionalidad. Reacomodar la ecuación para que se lea así:

O, dicho de otro modo, la proporción de volumen sobre la temperatura es una constante K.

Con mucha frecuencia la ley de charles es utilizada para comparar dos situaciones, un “antes” y un “después”. En este caso podrás decir que V₁ /T₁ =k y V₂ /T₂ =k con lo cual podrás escribir la ley de Charles de esta manera:

Ejemplo

Un globo aerostático posee un volumen 2800 m³ a 99 °C ¿cuál será el volumen si el aire es enfriado a 80 °C?

La ley de charles:

Recuerda convertir la temperatura a grados kelvin.

Kelvin=ºC+273.15

                        

Ejemplo 2

A 0 °C, un caos ocupa 22.4litros ¿a qué temperatura debería estar en grados Celsius, para alcanzar un volumen de 25.0litros?

                                                                                    

La ley de Charles vincula la temperatura y el volumen de un gas, pero existen otras leyes de los gases que relacionan otras variables asociadas a los gases.