Ley de Charles : Relación Temperatura-Volumen

Ley de Charles : Relación Temperatura-Volumen

La relación entre el volumen y la temperatura del gas fue descubierta por el físico francés Jacques Charles en 1787 y, de manera independiente por Joseph Louis Gay-Lussac, que la publicó en 1802. Sus estudios demostraron que, a una presión constante, el volumen de una muestra de gas se expande cuando se calienta y se contrae al enfriarse.

En 1848, Lord Kelvin comprendió el significado de dicho fenómeno. Identificó la temperatura de -273.15°C como el cero absoluto, teóricamente la temperatura más baja posible. Tomando el cero absoluto como punto de partida estableció entonces una escala de temperatura absoluta, conocida ahora como escala de temperatura Kelvin. En la escala Kelvin, un kelvin () es igual en magnitud a un grado Celsius. La única diferencia entre la escala de temperatura absoluta y la de Celsius es la posición del cero. Los puntos importantes de las dos escalas se comparan del siguiente modo:

Escala KelvinEscala Celsius
Cero Absoluto0 K-273,15 °C
Punto de Congelación de Agua273,15 K0 °C
Punto de Ebullición del Agua373,15 K100 °C

En términos de la escala Kelvin, la ley de Charles se puede expresar como sigue:

El volumen de una cantidad fija de gas mantenida a presión constante es directamente proporcional a su temperatura absoluta. Así, la duplicación de la temperatura absoluta, digamos de 200 K a 400 K, hace que el volumen del gas aumente al doble.

Por ejemplo : Cuando se vierte nitrógeno líquido (-196ºC) sobre un globo, el gas que está dentro del globo se enfría y el volumen disminuye.
Por ejemplo : Cuando se vierte nitrógeno líquido (-196ºC) sobre un globo, el gas que está dentro del globo se enfría y el volumen disminuye.

Expresada en términos matemáticos, la Ley de Charles es :

o

El valor de la constante depende de la cantidad de gas y de la presión y no depende del gas que se considere.

Tambien podemos comparar dos condiciones de volumen-temperatura para una muestra dada de un gas a presión constante.

Como ambos valores de  son iguales al mismo valor de , se obtiene.

Donde V1 y V2 son los volúmenes de los gases a las temperaturas T1 y T2 (ambas en kelvins), respectivamente.

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