Practica 7 Termodinamica

LEY DE CHARLES
Objetivos
* Comprobar experimentalmente la Ley de Charles.
* Obtener el modelo matemático que relaciona las variables temperatura y volumen, así como el gráfico volumen - temperatura (V-T).
* Inferir experimentalmente la temperatura correspondiente al cero absoluto.

Introduccion.
La Ley de Charles y Gay-Lussac, o simplemente Ley de Charles, es una de las leyes delos gases ideales. Relaciona el volumen y la temperatura de una cierta cantidad de gas ideal, mantenido a una presión constante, mediante una constante de proporcionalidad directa. En esta ley, Charles dice que para una cierta cantidad de gas a una presión constante, al aumentar la temperatura, el volumen del gas aumenta y al disminuir la temperatura el volumen del gas disminuye. Esto se debe aque la temperatura está directamente relacionada con la energía cinética (debido al movimiento) de las moléculas del gas. Así que, para cierta cantidad de gas a una presión dada, a mayor velocidad de las moléculas (temperatura), mayor volumen del gas.
La ley fue publicada primero por Gay Lussac en 1875, pero hacía referencia al trabajo no publicado de Jacques Charles, de alrededor de 1787, lo quecondujo a que la ley sea usualmente atribuida a Charles. La relación había sido anticipada anteriormente en los trabajos de Guillaume Amontons en 1702.
Por otro lado, Gay-Lussac relacionó la presión y la temperatura como magnitudes directamente proporcionales en la llamada "La segunda ley de Gay-Lussac".
Proceso isobárico.
Un proceso isobárico es un proceso termodinámico que ocurre a presiónconstante. La Primera Ley de la Termodinámica, para este caso, queda expresada como sigue:
,

Donde:
= Calor transferido.
= Energía Interna.
= Presión.
= Volumen.
En un diagrama P-V, un proceso isobárico aparece como una línea horizontal.

Grafica de un proceso isobárico.
Diagrama V-T

En sus experimentos, Gay-Lussac, tomó determinada masa de gas y realizó mediciones del volumen y de latemperatura de ésta mientras era calentada y se expandía a presión
constante. Con estas mediciones construyo un gráfico de volumen V en función de la
temperatura T, expresada en °C. Obteniendo una gráfica rectilínea, concluyendo, que el
volumen de determinada masa gaseoso, cuando la presión es constante, varía linealmentecon su temperatura en °C.

En el gráfico observamos que el gas ocupa unvolumen Vo a 0 °C. El volumen del gas se
reducirá en forma gradual a medida que se fuese reduciendo la temperatura debajo de 0 °C.
Pensando en esta reducción, Gay-Lussac trató de determinar la temperatura a la cual se
anularía el volumen del gas (si esto fuera posible), prolongando la recta del gráfico. De esta
manera, comprobó que el punto en el cual V = 0 corresponde a la temperatura T =-273.15
°C, Esta temperatura se denomina “temperatura correspondiente al cero absoluto” y se considera como el punto origen de la escala kelvin.

Tomando esto en cuenta, si trazamos una gráfica del cambio del volumen V del gas, a
presión constante en función de su temperatura absoluta T, en consecuencia obtendremos
una recta que pasa por el origen. Esto indica que el volumen del gas esdirectamente
proporcional a su temperatura, y por lo tanto, el cociente (V/T) es constante. En resumen,
para un proceso isobárico podemos afirmar que:

El volumen V de determinada masa de gas, mantenida a presión constante, es directamente
proporcional a su temperatura absoluta T, o sea:

Donde:

K = constante de proporcionalidad

Como el volumen de cierta masa gaseosa, a presión constante varíacon la temperatura, la
densidad tendrá distintos valores para diferentes temperaturas. Con base en las conclusiones
respecto al proceso isobárico, podemos deducir que para cierta masa “m” de gas, resulta
que:

es decir, manteniendo constante la presión de una masa de gas dada, su densidad varía en
proporción inversa a su temperatura.

Modelo matemático.

Haciendo la suposición que...