Ley de Charles

Presentación

Ley de charles

Integrantes

Ian Caleb

Tello Nava

Figueroa

Axel Isidro

JAck Charles

En 1787, Jack Charles estudió por primera vez la relación entre el volumen y la temperatura de una muestra de gas a presión constante.

¿Por qué ocurre esto?

• Cuando aumentamos la temperatura del gas las moléculas se mueven con más

rapidez y tardan menos tiempo en alcanzar las paredes del recipiente. Esto quieredecir que el número de choques por unidad de tiempo será mayor.

Matemáticamente podemos expresarlo así:

• Lo que Charles descubrió es que a presión constante, el cociente entre el volumen y la temperatura de una cantidad fija de gas, es igual a una constante.

Ejercicio

• Problema 1:
• Un globo se infla a una temperatura de 25°C y ocupa un volumen de 2 litros. Si se calienta a una temperatura de 75°C, ¿cuál será su nuevo volumen?

Solución:

• V₁ = 2 litros
• T₁ = 25°C + 273.15 = 298.15 K
• T₂ = 75°C + 273.15 = 348.15 K

• Utilizando la fórmula de la Ley de Charles:

• V₂ = (V₁ * T₂) / T₁
• V₂ = (2 * 348.15) / 298.15
• V₂ ≈ 2.36 litros

• Por lo tanto, el nuevo volumen del globo será de aproximadamente 2.36 litros.

Estudiemos el siguiente proceso a presión constante (isobárico)

• Supongamos que tenemos un cierto volumen de gas V1 que se encuentra a una temperatura T1 sometido a una presión P1 (representada por la pesa) al comienzo del experimento.

• Si a presión constante, aumentamos la temperatura del gas hasta un nuevo valor T2, entonces el volumen se incrementará hasta V2, como se muestra en la siguiente figura.

En la gráfica P - V, sEn la gráfica P - V, se muestra la isóbara.

Se cumplirá:

• La recta obtenida se puede expresar matemáticamente con la ecuación:

que es otra manera de expresar la ley de Charles

• Donde: Vo = volumen que ocupa el gas a 0 ºC (ordenada al origen).

• El mismo proceso se puede graficar en un diagrama V - T:

= Cambio de volumen respecto al cambio de temperatura, a presión constante (pendiente).

La proyección de la recta, dará una intersección en -273.15 ºC, temperatura a la cual el gas teóricamente tendrá un volumen de cero, lo cual sólo se cumple para el gas ideal, puesto que los gases reales se licuarán y solidificarán a temperaturas suficientemente bajas.

A este valor de -273.15 ºC, se le asignó un valor de cero kelvin (0 K), en la denominada escala de temperatura absoluta.

Gráfica ley de Charles

Para visualizar la ley los resultados del volumen y la temperatura se grafican y de este modo se puede evidenciar la relación entre esas variables.

En la gráfica se puede observar un comportamiento líneal que tiene el volumen de un gas cuando es sometido a cambios de temperatura.

Experimentos ley de Charles

En el año 1787 Jacques Charles publicó su descubrimiento en el cual demostró la relación que existia entre el volumen de un gas y su temperatura, para ello utilizando pistones en los que el aire no podía salir sometió a altas temperaturas dichos gases, a medida que el aire se calienta, aumenta el volumen y el pistón sale así mismo una vez enfría el gas el pistón regresa.

Aplicaciones ley de Charles

Hoy en día son muchas las aplicaciones en las que se puede evidenciar la ley de Charles, entre otras se encuentran:

• Temperatura de almacenamiento de gases confinados para evitar explosiones.
• Inflar globos aerostáticos con llama con el fin de aumentar el volumen.
• Temperatura de combustión en motores para calcular la expansión de los émbolos.
• Modelos de dispersión de contaminantes en el aire.

Cálculo de volumen final

Un gas ocupa un volumen de 10 metros cúbicos a una temperatura de 25°C ¿Qué volumen ocupará si se calienta hasta los 100°C?

Solución:

• Lo primero que se debe hacer es despejar el volumen final de la ecuación de la ley de Charles.

• Antes de reemplazar valores recordemos que la ecuación de Charles no permite el uso de temperatura en grados Celsius por lo que debemos cambiar las unidades a Kelvin, así:

• Del mismo modo se cambia la temperatura de 100°C

• Ahora sí, teniendo las temperaturas en Kelvin se reemplaza en la ecuación del volumen final de acuerdo con la ley de Boyle

• El volumen ocupará un volumen de 12,51 metros cúbicos cuando la temperatura es 100°C.

Relación con el cero absoluto

La ley de Charles parece implicar que el volumen de un gas descenderá a cero a cierta temperatura (−266,66 °C según las cifras de Gay-Lussac) o −273,15 °C. Gay-Lussac fue claro en su descripción de que la ley no era aplicable a bajas temperaturas:

Relación con la teoría cinética

La teoría cinética de los gases relaciona las propiedades macroscópicas de los gases, como la presión y el volumen, con las propiedades microscópicas de las moléculas que componen el gas, es necesario tener una definición microscópica de temperatura: esto puede tomarse convenientemente como que la temperatura es proporcional a la energía cinética promedio de las moléculas de gas, Ek:

¡GRACIAS!

referencias

• Munévar, R. (S.F) Ley de Charles. ecuacionde.com. Recuperado el día (fecha en la que nos consultas) de https://ecuacionde.com/charles