termodinamica

Ley de Charles
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, observó que cuando se aumentaba la temperatura el volumen del gas también aumentaba y que al enfriar el gas, el volumen disminuía.

¿Por qué ocurre esto?
Cuando aumentamos la temperatura del gas las moléculas se mueven con más rapidez ytardan menos tiempo en alcanzar las paredes del recipiente. Esto quiere decir que el número de choques por unidad de tiempo será mayor. Es decir se producirá un aumento (por un instante) de la presión en el interior del recipiente y aumentará el volumen.

Lo que Charles descubrió es que a presión constante, el cociente entre el volumen y la temperatura de una cantidad fija de gas, es igual a unaconstante.
Matemáticamente podemos expresarlo así:





Supongamos que tenemos un cierto volumen de gas V1 que se encuentra a una temperatura T1 sometido a una presión P1 (representada por la pesa) al comienzo del experimento. Si a presión constante, aumentamos la temperatura del gas hasta un nuevo valor T2, entonces el volumen se incrementará hasta V2, como se muestra en la siguiente figura.(Conocido como proceso isobárico).



















Se cumplirá:

Que es otra manera de expresar la ley de Charles.
El mismo proceso se puede graficar en un diagrama V - T:

















La recta obtenida se puede expresar matemáticamente con la ecuación:

Dónde:

Vo = volumen que ocupa el gas a 0 ºC (ordenada al origen).

 = Cambio de volumenrespecto al cambio de temperatura, a presión constante (pendiente).

La proyección de la recta, dará una intersección en -273.15 ºC, temperatura a la cual el gas teóricamente tendrá un volumen de cero, lo cual sólo se cumple para el gas ideal, puesto que los gases reales se licuarán y solidificarán a temperaturas suficientemente bajas.
A este valor de -273.15 ºC, se le asignó un valor de cerokelvin (0 K), en la denominada escala de temperatura absoluta.




El volumen es directamente proporcional a la temperatura del gas:

Si la temperatura aumenta, el volumen del gas aumenta.
Si la temperatura disminuye, el volumen disminuye.

Ejercicio # 1
Un gas tiene un volumen de 2.5 L a 25 °C. ¿Cuál será su nuevo volumen si bajamos la temperatura a 10 °C?
Recuerda que en estosejercicios siempre hay que usar la escala Kelvin.
Solución: Primero expresamos la temperatura en kelvin:
T1 = (25 + 273) K= 298 K
T2 = (10 + 273) K= 283 K
Ahora sustituimos los datos en la ecuación:
2.5L
 
V2
-----
=
-----
298 K
 
283 K
Si despejas V2 obtendrás un valor para el nuevo volumen de 2.37 L.


Ejercicio #2
Una muestra de gas tiene un volumen de 80 ml a 50ºC. ¿Qué volumenocupará la muestra a 0ºC, si la presión se mantiene constante así como la masa de gas.
Este ejercicio relaciona temperatura  y volumen, además mantiene la presión constante y no dice nada de aumento o disminución de materia por lo que se entiende que la materia se mantiene constante, debido a lo anterior este ejercicio lo podemos solucionar mediante la ley de Charles.
Solución
1. V1 / T1= V2 / T22. V2 = ((T2 V1)/T1)
3. V2 = ((0 ºC 80 ml)/50 ºC) hay que tener en cuenta que la temperatura se debe expresar en una escala absoluta para que sea válida la ley de charles, en este caso convertiremos los grados Celsius a kelvin para lo que se requiere únicamente sumar 273.15.
4. V2 = ((273.15 K 80 ml)/323.15 K) = 67.622  ml








Ley de Gay-Lussac
Esta Ley fue enunciada por JosephLouis Gay-Lussac a principios de 1800. Establece que la presión de un volumen fijo de gas, es directamente proporcional a su temperatura.
¿Por qué ocurre esto?
Al aumentar la temperatura, las moléculas del gas se mueven más rápidamente y por tanto aumenta el número de choques contra las paredes, es decir aumenta la presión ya que el recipiente es de paredes fijas y su volumen no puede cambiar....