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7.3. Las leyes de los gases: Ley de Charles

Objetivos

OA13 Analizar y calcular las variables de volumen y temperatura de un gas según la ley de Charles

Conocimiento previo

La siguiente imagen representa un experimento, en donde se introduce un gas al interior de un frasco con un embolo que puede subir y bajar dependiendo del cambio de algunas variables. A partir de la imagen reflexione las preguntas a continuación.

Preguntas

1) ¿Cuáles son las variables que cambian el  experimento que se muestran en la imagen?

2) ¿Qué ocurre en el “caso B” cuando se incluye una vela?  

3) ¿Cómo es el volumen que ocupa el gas del “caso A” en comparación del “caso B”?

4) ¿Cómo es la energía cinética del gas del “caso B” en comparación del gas que está en el “caso A”?

La ley experimental de los gases es una ley que combina la ley de Boyle, la ley de Charles y la ley de Gay-Lussac. Estas leyes se refieren a cada una de las variables que son presión, volumen y temperatura absoluta. La ley de Charles establece que el volumen y la temperatura absoluta son directamente proporcionales cuando la presión es constante. La ley de Boyle afirma que presión y el volumen son inversamente proporcionales entre sí a temperatura constante. Finalmente, la ley de Gay-Lussac introduce una proporcionalidad directa entre la presión y la temperatura absoluta, siempre y cuando se encuentre a un volumen constante.

En esta oportunidad nos enfocaremos específicamente en la Ley de Charles.

JACQUES CHARLES | FLUIDOS Y ONDAS

Ley de Charles

Por medio de la actividad anterior, fue posible evidenciar la relación que existe entre la temperatura y el volumen de un gas, ambas variables involucradas en la ley de Charles. Esta ley plantea que, a presión constante, el volumen de un gas es directamente proporcional a su temperatura, es decir, el aumento de la temperatura del gas provocará un aumento en su volumen, y viceversa. ¿Cómo se puede explicar esta ley mediante la teoría cinético-molecular? Analicemos el siguiente esquema, en el que se representa la variación de un gas, que está al interior de un recipiente, en función de su temperatura.

Si se grafica el volumen de un gas a presión constante en función de su temperatura, expresada en escala kelvin, se obtiene una línea recta como la que aparece en el gráfico a continuación. Al dividir el volumen por su temperatura respectiva, en cualquier punto del gráfico, el valor que se obtiene es siempre el mismo.

Por lo tanto, la ley de Charles se puede expresar matemáticamente de la siguiente manera:

El cociente entre el volumen inicial de un gas (V1), y su temperatura inicial (T1), tiene el mismo valor que el cociente entre el volumen final (V2) y la temperatura final (T2) de este mismo gas. Lo anterior se puede expresar mediante la siguiente relación matemática:

Para facilitar el calculo, entregare el despeje de cada una de las variables. 

Video Resumen Ley de Charles 


¿Cómo transformar de °C a kelvin?

La ley de Charles solo se cumple cuando la temperatura es expresada en la escala kelvin. Para transformar la temperatura de grados Celsius (°C) a kelvin (K), se utiliza la siguiente ecuación:

El siguiente video te enseñara a transformar la temperatura desde la unidad de grados Celsius a la unidad de temperatura de kelvin 


Ejemplo de calculo Ley de Charles

A continuación se presentan un par ejemplos para calcular las distintas variables según la Ley de Charles

ejemplo 1:

ejemplo 2