Ley de Charles

En 1785 el científico francés Jacques Charles fue el primero en hacer mediciones acerca de los gases que se expanden al aumentar su temperatura y enunció una ley que lleva su nombre: 

Ley de Charles: a una presión constante y para una masa dada de un gas, el volumen del gas varía de manera directamente proporcional a su temperatura absoluta.

La ley de Charles se expresa matemáticamente de la siguiente manera:

V/T = K 

De acuerdo con la siguiente gráfica, vemos que que a una temperatura de 0 K, es decir, en el cero absoluto de temperatura y equivalente a -273º C, el volumen de un gas es nulo, lo cual significa que todo el movimiento de las moléculas ha cesado. En el cero absoluto de temperatura, la ausencia de volumen del gas y del movimiento de sus partículas implica el estado mínimo de energía y, por consiguiente, la mínima temperatura posible.
Al considerar a un gas bajo dos diferentes condiciones de volumen y temperatura tenemos:

V1/T1 = K' (para un estado 1 de volumen y temperatura)

V2/T2 = K' (para un estado 2 de volumen y temperatura)

donde:

V1/T1 = V2/T2

Esta ecuación relaciona los dos estados de volumen y temperatura de un gas, para una masa y presión constantes. 

A continuación les pondremos algunos problemas acerca de la Ley de Charles.

1.- Se tiene un gas a una temperatura de 25ºC y con un volumen de 70 cm³  a una
presión de 586 mm de Hg. ¿Qué volumen ocupará este gas a una temperatura de 0ºC si la presión permanece constante?

DATOS                                          FÓRMULA

T1  = 25ºC
V1 = 70 cm³                                V1/T1=V2/T2 ..
V2 = ?                  
T2 = 0ºC                                     V2 = V1T2 / T1
P = cte 

Conversión de unidades.

Para T1 : K = ºC + 273 = 25ºC + 273 = 298 K

Para T2 : K = ºC + 273 = 0ºC + 273 = 273 K

Sustitución y resultado.

V2 = (70 cm³) (273 K) / 298 K = 64.13 cm³ 


2.- Una masa determinada de nitrógeno gaseoso ocupa un volumen de 0.03L a una temperatura de 23ºC y a una presión de una atmósfera, calcular su temperatura absoluta si el volumen que ocupa es de 0.02L a la misma presión.

DATOS                                            FÓRMULA
V1 = 0.03L
T1 = 23ºC                                      V1/T1 = V2/T2 ... Despeje
T2 = ?
V2= 0.02L                                     V1T2 = V2T1 ... T2 = V2T1 / V1
P = cte.

Conversión de la temperatura en ºC a temperatura absoluta, es decir, a K.

para T1 : K = ºC + 273 = 23ºC + 273 = 296 K.

Sustitución y resultado. 

T2 = (0.02L) (296 K) / 0.03L = 197.3



Experimento hecho por el equipo.