¿Cuál ecuación es la Ley de Charles?

Escrito por doug bennett | Traducido por mariano salgueiro
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¿Cuál ecuación es la Ley de Charles?
Jacques Charles diseñó, construyó y piloteó el primer globo de helio en 1783 sobre París. (Jupiterimages/Photos.com/Getty Images)

Hay cuatro propiedades observables para un gas: presión, temperatura, masa y volumen. La Ley de Charles, también conocida como Ley de Gay-Lussac o Ley de Charles y Gay-Lussac, define la relación entre dos de estas propiedades: la temperatura y el volumen. La ley establece que ambas propiedades son directamente proporcionales para los gases ideales cuando las otras propiedades se mantienen constantes.

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Historia de la Ley de Charles

Influenciado por el aumento en popularidad de los globos de aire caliente, Jacques Charles investigó la compresibilidad de los gases en la década de 1780. Sus experimentos se basaron en el trabajo de Robert Boyle, el cual estableció la relación entre la presión y el volumen de un gas casi un siglo antes. Sin embargo, Charles estaba interesado en la relación entre el volumen y la temperatura de un gas. Si bien Charles realizaba un trabajo original, fue otro científico francés, Joseph-Louis Gay-Lussac, quien verificó los resultados no publicados de Charles y publicó sus descubrimientos en 1802.

Ley de Charles

La ley de Charles establece que a masa y presión constantes, el volumen de un gas es directamente proporcional a su temperatura absoluta. En otras palabras, si la temperatura de un gas aumenta, también lo hará su volumen. A la inversa, si la temperatura de un gas disminuye, también lo hará su volumen. La Ley de Charles puede definirse como volumen igual a la temperatura multiplicada por una constante: V = Tk.

La constante representa la pendiente de la relación y difiere para cada gas. La ley se aplica únicamente para gases ideales, que cumplen la Ley en todas las temperaturas y presiones. Sin embargo, los gases reales también cumplen la ley en la mayoría de las temperaturas y presiones. La única diferencia es una desviación notable a medida que el gas real se enfría y se acerca al punto de condensación.

Uso de la Ley de Charles

La Ley de Charles suele usarse en términos de una relación, permitiéndote resolver una variable desconocida. De esta forma, el cociente entre el volumen inicial del gas y su temperatura inicial es igual al cociente entre el volumen final del gas y su temperatura final: Vi/Ti=Vf/Tf. Si se conocen tres variables, puedes hacer una multiplicación cruzada para averiguar la cuarta.

Por ejemplo, si un gas tiene un volumen inicial de 3 galones (11,35 l) y una temperatura inicial de 350 Kelvin, puedes determinar su volumen final luego de enfriarlo hasta una temperatura de 250 Kelvin: 3L/350K=X/250K. Resolviendo para "X", puedes determinar que el volumen final del gas sería de 2,14 galones (8,10 l).

Bases de la Ley de Charles

La temperatura no es más que una medida de la velocidad a la que vibran las moléculas de un objeto. Cuanto más caliente esté un objeto, más rápido vibrarán sus moléculas. Por lo tanto, a medida que la temperatura de un gas se eleva, también lo hace la velocidad a la que sus moléculas están vibrando. A medida que las moléculas vibran más rápido, chocan contra las paredes del recipiente con más frecuencia, aumentando la presión. Para mantener la presión constante, el volumen del gas debe expandirse. Esta expansión proporciona más espacio para que las moléculas se muevan, haciendo que la frecuencia de las colisiones vuelvan a su nivel inicial.

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