En 1787, Jack Charles estudió por primera vez la relación entre el volumen y la temperatura de una muestra de gas a presión constante y enunció la ley de los gases que lleva su nombre.
Explicación de la Ley de Charles
El volumen de una muestra de gas se expande cuando se calienta y se contrae al enfriarse.
De acuerdo con el enunciado, la ley de Charles puede expresarse matemáticamente de la siguiente manera:
V1 / T1 = K
V = volumen
T = temperatura
K = Costante
que se puede expresar como V1 = K . T1
como se puede observar en la última fórmula, en condiciones de presión constante y número de moles constante, el volumen es directamente proporcional a la temperatura. Si la temperatura aumenta, también aumenta el volumen.
Fórmula de la ley de Charles
Cuando se desean estudiar dos diferentes estados, uno inicial y una final de un gas y evaluar el cambio de volumen en función de la temperatura o viceversa, se puede utilizar la fórmula:
V1 / T1 = V2 / T2
y despejar según la incognita que se desee resolver.
Gráficos sobre la ley de Charles
Ejercicios sobre la ley de Charles
1) Si se tienen 0,2 litros de un gas a 30 °C y 1 atm de presión ¿Qué temperatura debería alcanzar para que aumente a 0,3 litros?
Los datos son:
V1 = 0,2L
T1 = 30 °C = 303,15 K (que se obtiene sumando 30 + 273,15)
P1 = P2 = 1 atm
V2 = o,3L
T2 = ?
T1 . V2 / V1 = T2
(303,15 K . 0.3L) / 0,2L = T2 = 454,7 K = (454,7 – 273,15) = 181,55°C
2) Un gas a una temperatura de -164 ºC, ocupa un volumen de 7,5 litros . Si la presión permanece constante, calcular el volumen inicial sabiendo que la temperatura inicial era de -195 ºC.
T1 = -195 ºC = 78,15 K
V2 = 7,5 L
T2 = -164 ºC = 109,15 K