¿Qué es la ley de Charles?

La ley de Charles describe la relación entre volumen y temperatura de un gas. La ley fue acreditada al científico francés Jacques Charles por el químico Joseph Louis Gay-Lussac, también de Francia. En pocas palabras, si la presión permanece constante, el volumen de un gas dividido por su temperatura es igual a una constante. Se puede deducir de la ecuación de gas ideal, PV = nRT, donde P es la presión, V es el volumen, n es el número de moles de gas, R es la constante de gas ideal y T es la temperatura Kelvin. Reescribiendo la ecuación, V / T = (nR / P). Como P es constante, V / T = (constante).

Como la relación es igual a una constante, V / T = K, se puede escribir una nueva temperatura y volumen para el mismo gas V ₁ / T ₁ = K, lo que lleva a V / T = V ₁ / T ₁ . Aunque esta relación física es cierta para un gas ideal, la desviación matemática ocurre en el mundo real, ya que el tamaño de partícula y las fuerzas interactivas no se han tenido en cuenta. Sin embargo, si la temperatura es alta y la presión es baja, el volumen de partículas deja de ser importante. Del mismo modo, dado que la presión es baja, las partículas están muy separadas. Esto disminuye la interacción de la fuerza entre las partículas, que disminuye con el cuadrado de la distancia, haciéndola insignificante.

Aunque la ley de Charles es simple, explica muchas observaciones cotidianas. La levadura en la masa emite pequeñas burbujas de gas de dióxido de carbono. Al hornear esa masa se expanden las burbujas, dando pasteles más ligeros y esponjosos. Calentar agua en una caldera produce vapor expansivo, que se utiliza para conducir máquinas de vapor y mantener calientes las aulas. El motor de un automóvil impulsado por gasolina quema combustible, produciendo un calor tremendo que expande los gases de combustión para impulsar los pistones que hacen girar el cigüeñal y alimentan el vehículo.

La ley de Charles también se demuestra cuando una persona abre una botella o una lata de cerveza o refresco. Los envases de estas bebidas tienen dióxido de carbono presurizado en su interior. Si una lata o botella de bebida está fría, abrir la parte superior da como resultado muy poca expansión de gas. Con la misma bebida a una temperatura caliente, el gas de dióxido de carbono se expandirá en un grado mucho mayor. Esto puede hacer que algunos de los contenidos salgan disparados de la lata y sobre el consumidor.

Otra aplicación simple en la que la ley de Charles puede arrojar algo de luz es el llenado de un globo. Volumen (V), densidad (D) y masa (M) obedecen la relación, D = M / V. Reorganizar da V = M / D. Sustituyendo esto en la ley de Charles V / T = (constante) da M / DT = (constante). Esta modificación de la ley dice que si un globo se llena de gas y la temperatura disminuye, la densidad aumentará. Si el globo alcanza un punto donde el aire exterior tiene una densidad similar a la del interior del globo, el globo no se elevará más.