Una ley de los gases no comprobada se llama ley de Charles. Aclara por qué los gases calientes normalmente se expanden. El científico francés Charles exploró la cantidad de un gas a presión constante en relación con la temperatura. De acuerdo con esta ley, un gas se expandirá a medida que aumenta su temperatura, mientras que una caída de temperatura resultará en una reducción de volumen. La fórmula de la ley de Charles se tratará en este artículo.
Según la Ley de Charles, “el volumen de una masa dada de gas bajo presión constante es precisamente proporcional a la temperatura absoluta o Kelvin”.
Fórmula de la ley de Charles
La ecuación de la Ley de Charles establece que
V α T
V 1 /T 1 = V 2 /T 2
Dónde,
- V 1 es el volumen inicial,
- T 1 es la Temperatura Inicial en Kelvin,
- V 2 es el volumen final,
- T 2 es la Temperatura Final en Kelvin.
Derivación de la fórmula de la ley de Charles
El volumen es directamente proporcional a su temperatura a presión constante , este es el enunciado de la ley de Charles.
La relación se puede expresar como,
V α T …(a presión constante)
Cuando sustituimos la constante k por el signo de proporcionalidad, obtenemos
V = kT
De acuerdo con la formulación matemática de Charles Law
V 2 = V 1 (273+t/273)
Pero en escala Kelvin 273+t = T 2 y 273 = T 1
∴ V 2 = V 1 (T 2 /T 1 )
∴ V 2 /V 1 = T 2 /T 1
O
∴ 1/V 1 = T 2 /V 2 T 1
∴ T 1 /V 1 = T 2 /V 2
∴ V 1 /T 1 = V 2 /T 2
La relevancia de Charles Law en la vida real
El uso de globos aerostáticos para eventos deportivos, así como para observaciones meteorológicas, es una aplicación interesante de la ley de Charles. Los gases se expanden al calentarse, según la ley. Como resultado de la masa constante del gas, el calentamiento hace que la densidad del gas, o el número de moléculas por unidad de volumen, disminuya. El calor hace que el aire sea menos denso que el frío. Esto hace que el aire más frío de la atmósfera se desplace, lo que ayuda a que los globos aerostáticos se eleven.
Retirarse
La limitación de la Ley de Charles es que solo se aplica al gas perfecto. Sólo es válido para gases reales a altas temperaturas y bajas presiones; sin embargo, a altas presiones, la relación entre volumen y temperatura no es lineal.
Problemas de muestra
Problema 1: A 19 °C, una muestra de gas ocupa 2,55 L. ¿Cuál es el nuevo volumen del gas si la presión permanece igual y la temperatura aumenta a 30 °C?
Responder:
T 1 = 273 + 19 = 292 K
T 2 = 273 + 30 = 303 K
Ya que,
V 1 /T 1 = V 2 /T 2
∴ 2,55 / 292 = V2 /303
∴ V2 = 2,55 × 303 / 292
∴ V2 = 772,65 / 292
∴ V2 = 2,64 L
Problema 2: A 123 grados centígrados, el gas helio tiene un volumen de 1690 ml. Determine la temperatura a la cual la capacidad se expande a 472 ml. Cuente con que la presión permanezca constante.
Respuesta :
T 1 = 273 + 123 = 396 K
Ya que,
V 1 /T 1 = V 2 /T 2
∴ V 1 /T 1 V 2 = 1/T 2
∴ T 2 = T 1 V 2 / V 1
∴ T2 = 396 × 1690 / 472
∴ T 2 = 669240 / 472
∴ T2 = 1417,9 K
O
∴ T2 = 1417,9 – 273 = 1144,9°C
Problema 3: ¿Cuál será el volumen inicial del gas a 400 K si el volumen final es de 13 L a 270 K?
Respuesta :
Ya que,
V 1 /T 1 = V 2 /T 2
∴ V 1 = V 2 T 1 / T 2
∴ V 1 = 13 × 400 / 270
∴ V 1 = 5200 / 270
∴ V1 = 19,26 litros
Problema 4: ¿Qué pasará con el volumen del gas si 55 ml se enfrían de 67 °C a 30 °C?
Respuesta :
T 1 = 273 + 67 = 340 K
T 2 = 273 + 30 = 303 K
Ya que,
V 1 /T 1 = V 2 /T 2
∴ V 2 = V 1 T 2 / T 1
∴ V 2 = 55 × 303 / 340
∴ V2 = 16665 /340
∴ V2 = 49.015 ml
Problema 5: Un gas tiene un volumen de 1,5 L a temperatura normal. A una temperatura de 333 K, determine el volumen.
Respuesta :
Ya que,
V 1 /T 1 = V 2 /T 2
∴ V 2 = V 1 T 2 / T 1
∴ V 2 = 1,5 × 333 / 273
∴ V2 = 499.5 / 273
∴ V2 = 1,8 L
Problema 6: A 280 K el gas tiene un volumen de 20 L, determine la temperatura a la cual el volumen será de 34 L.
Respuesta :
Ya que,
V 1 /T 1 = V 2 /T 2
∴ V 1 /T 1 V 2 = 1/T 2
∴ T 2 = T 1 V 2 / V 1
∴ T 2 = 280 × 34 / 20
∴ T 2 = 9520 / 20
∴ T 2 = 476 K
Problema 7: A temperatura estándar el volumen es de 30 L, encuentra que la temperatura final tiene un volumen de 50 L.
Respuesta :
Ya que,
V 1 /T 1 = V 2 /T 2
∴ V 1 /T 1 V 2 = 1/T 2
∴ T 2 = T 1 V 2 / V 1
∴ T 2 = 273 × 30 / 50
∴ T 2 = 8190 / 50
∴ T2 = 163,8
Problema 8: ¿Para qué se usa la fórmula de la ley de Charles?
Respuesta :
Usando la siguiente ecuación, la ley de Charles se usa para determinar el volumen o la temperatura desconocidos de la reacción o del proceso bajo presión constante.
V 1 /T 1 = V 2 /T 2 …(A presión constante)
Problema 9: ¿Qué significado tiene Charles Law?
Respuesta :
La Ley de Charles, una ley experimental de los gases, establece que cuando se calientan, los gases tienden a expandirse. La ley de la termodinámica establece que el volumen y la temperatura de una cantidad de gas mantenida a presión constante se relacionarán directamente entre sí.
Publicación traducida automáticamente
Artículo escrito por swapnilkalyani96 y traducido por Barcelona Geeks. The original can be accessed here. Licence: CCBY-SA