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 su volumen.

Si calientas un gas, se expande, las partículas se mueven más rápidamente y ocupan mayor espacio. Imagínate un globo que se expande cuando las partículas del gas chocan contra sus paredes (al expandirse, eso mantiene 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 la publicó. Debe haber estado muy ocupado dando paseos en globos aerostáticos. Un colega suyo, Joseph Louis Gay-Lussac, fue quien la publicó, pero muy honradamente le dio la 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. V ? T Lo puedes escribir de un modo matemático así: V = kT donde V = volumen, T = temperatura en grados Kelvin, y k = es una constante de proporcionalidad. Podemos reacomodar esta ecuación para que se lea así: V/T = k, o dicho de otro modo, la proporción del 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: V1 /T1= V2/T2. Veamos un ejemplo. Un globo aerostático posee un volumen de 2.800 m3 a 99 C°.

¿Cuál será el volumen si el aire es enfriado a 80 C°?

Escribiremos la ley de Charles en el formato del “antes y el después”: V1 /T1= V2/T2. Sustituimos por lo que ya conocemos; recuerda convertir las temperatura a grados Kelvin: Kelvin = C° + 273,15. T1= 372,15 Kelvin, T2 = 353,15 Kelvin 2.800 m3/ 372,15 K = V2/ 353,15 K resolvemos V2 (multiplicando ambos lados  por 353,15K) (353,15 K) (2.800 m3)/ 372,15 K = V2 V2 = 2657 m3 Aquí tenemos otro ejemplo. A 0 C°, un gas ocupa 22,4L. ¿A qué temperatura debería estar, en grados Celsius, para alcanzar un volumen de 25,0 L? V1 /T1= V2/T2. Convertimos la temperatura a grados Kelvin: Kelvin = C° + 273,15. T1 = 273,15 K Sustituimos por lo  que ya conocemos: 22,4L/273,15K = 25,0L/T2 Resolvemos T2 (me gusta “multiplicar cruzado”) (22,4L) T2 = (273,15 K)(25,0L) T2 = (273,15K) (25,0L)/22,4L T2 = 304,9 K Convertimos a C°: C° = Kelvin - 273,15 T2 = 31,7 C° La ley de Charles vincula la temperatura y el volumen de un gas, pero existen otras leyes de los gases que relacionan otras variables esenciales asociadas con los gases.

La Ley de Boyle describe la relación entre la presión y el volumen. La Ley de Gay-Lussac rige la relación entre la presión y la temperatura. Y la ley combinada de los gases pone a las tres juntas: temperatura, presión y volumen. Ten en cuenta que para usar cualquiera de estas leyes, la cantidad de gas debe ser constante. La ley de Avogadro describe la relación entre el volumen y la cantidad de gas (por lo general en términos de n, la cantidad de moles). Cuando combinamos las cuatro leyes, obtenemos la Ley Ideal de los Gases. Para decidir cuál de las leyes de los gases utilizar al momento de resolver un problema, te conviene hacer una lista para saber cuál es la información que tienes y cuál es la que necesitas. Si no cuentas con una variable y si se mantiene constante en el problema, entonces no la necesitarás en tu ecuación.