Ley de Charles

La Ley de Charles y Gay-Lussac, o simplemente Ley de Charles, es una de las leyes de los 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 a que la temperatura está directamente relacionada con la energía cinética (debida 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 Louis Joseph Gay-Lussac en 1802, pero hacía referencia al trabajo no publicado de Jacques Charles, de alrededor de 1787, lo que condujo 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".

Expresión algebraica

La ley de Charles es una de las leyes más importantes acerca del comportamiento de los gases, y ha sido usada en muchas aplicaciones diferentes, desde para globos de aire caliente hasta en acuarios. Se expresa por la fórmula:

${\frac {V}{T}}=k$

donde:

• V es el volumen
• T es la temperatura absoluta (es decir, medida en Kelvin)
• k es la constante de proporcionalidad.

Además puede expresarse como:

${\frac {V_{1}}{T_{1}}}={\frac {V_{2}}{T_{2}}}$

donde:

$V_{1}\,$= Volumen inicial

$T_{1}\,$= Temperatura inicial

$V_{2}\,$= Volumen final

$T_{2}\,$= Temperatura final

Despejando T1 se obtiene:

$T_{1}={\frac {V_{1}\cdot T_{2}}{V_{2}}}$

Despejando T2 se obtiene:

$T_{2}={\frac {V_{2}\cdot T_{1}}{V_{1}}}$

Despejando V1 es igual a:

$V_{1}={\frac {V_{2}\cdot T_{1}}{T_{2}}}$

Despejando V2 se obtiene:

$V_{2}={\frac {V_{1}\cdot T_{2}}{T_{1}}}$

Experimentos

Algunos experimentos que pueden demostrar esta ley son los siguientes:

En un tubo de ensayo se deposita un poco de agua y se tapa el tubo con un corcho, luego se empieza a calentar el tubo con un mechero, el gas que había dentro del tubo (el vapor generado por el agua y el aire) ejercerá presión sobre las paredes del tubo de ensayo y el tapón de caucho empezará a expandirse, lo que provocará que salga despedido y, como consecuencia, la liberación del gas de su interior.

Para este experimento se necesitará una botella de vidrio, un mechero y un globo de caucho. En la punta de la botella pondremos la boca del globo y luego calentaremos la botella. Después de un buen rato el gas se expandirá hasta inflar el globo de caucho. Un experimento muy contrario a este sería meter un globo inflado totalmente a una nevera, si con el calor los gases se expanden, con el frío pasa todo lo contrario, así que después de esperar unas 3 horas veremos el globo un poco desinflado.

Véase también

• Ley de los gases ideales
• Jacques Charles
• Louis Joseph Gay-Lussac
• Grados Gay Lussac
• Segunda ley de Gay-Lussac