LEY DE CHARLES

 

¿En qué consiste la ley de Charles?

Acerquémonos un poco para conocer mas de esta ley, con el siguiente mapa conceptual encontraras información de tu interés.

Creado por: Las ambientalistas 

Fórmula

La fórmula que utilizaremos para resolver problemas de la ley de Charles, será entonces:

Dónde:

T1 = Temperatura inicial

T2 = Temperatura final

V1 = Volumen inicial

V2 = Volumen final

Si nosotros ponemos un recipiente con gas en una estufa, y a ese recipiente lo sometemos a cierta temperatura, ¿Qué pasará con el recipiente con gas?, ¿Sufrirá algún cambio?, pues bien, para darle respuesta a esto es muy importante saber que la Ley de Charles, nos dice lo siguiente:

Al someter cierta masa de gas a presión constante y la temperatura en aumento, el volumen aumentará, y al disminuir la temperatura, también el volumen disminuirá.

Veamos un ejemplo

El volumen de una muestra de oxígeno es 2.5 litros a 50°C  ¿Qué volumen ocupará el gas a 25°C, si la presión permanece constante.

Solución paso a paso 

Analizamos el problema y lo que hacemos primero es reunir nuestros datos:

V1= 2.5 litro

T1= 50°C + 273 = 323°K

V2= ?

T2= 25°C + 273 = 298 °K

Sabiendo nuestra fórmula

Despejamos V2

Reemplazando nuestros datos en la fórmula.

Por lo que podemos observar que el volumen final será de 2.306 litros, esto afirma nuevamente que mientras la temperatura disminuya, el volumen disminuirá.

Actividad 

Problema 1.- Una masa determinada de nitrógeno gaseoso ocupa un volumen de 4 litros a una temperatura de 31°C y a una presión de una atmósfera, calcular su temperatura absoluta si el volumen que ocupa es de 1.2 litros a la misma presión.

Rta: 91.2 K 

Problema 2.- Se tiene un gas a una temperatura de 26°C y con un volumen de 90cm³ a una presión de 760 mm de Hg, ¿Qué volumen ocupará este gas a una temperatura de 0°C, si la presión permanece constante? 

Rta: 82.17cm³

Problema 3.- Una masa de oxígeno ocupa un volumen de 50cm³ a una temperatura de 18°C y a una presión de 640 mm de Hg, ¿Qué volumen ocupará a una temperatura de 24°C si la presión recibida permanece constante?

Rta:51.03cm³

Problema 4.- Calcular la temperatura absoluta a la cual se encuentra un gas que ocupa un volumen de 0.4 litros a una presión de una atmósfera, si a una temperatura de 45°C ocupa un volumen de 1.2 litros a la misma presión.

Rta:106K 

Experimento para mostrar la ley:

Expansión del aire en un globo al calentar

Objetivo:
Demostrar cómo el volumen de un gas (aire en el globo) se expande al aumentar la temperatura, en condiciones de presión constante.

Materiales:

• 1 globo
• 1 botella de plástico vacía (de agua o refresco)
• Agua caliente (no hirviendo)
• Agua fría
• Termómetro
• Regla (opcional, para medir el volumen del globo)
• Etiquetas o marcadores

Procedimiento:

1. Preparación:
• Infla un globo con aire, asegurándote de no atarlo. Este será el globo que se utilizará para observar la expansión.
2. Medición inicial:
• Coloca el globo en la botella de plástico. Asegúrate de que el globo esté dentro de la botella, pero no inflado al máximo.
• Mide y anota la temperatura del aire en la habitación (esto será T1T1​) y el volumen aproximado del globo (si usas una regla).
3. Calentamiento:
• Llena un recipiente con agua caliente (no hirviendo) y coloca la botella con el globo dentro del agua caliente.
• Asegúrate de que el agua cubra la botella hasta donde el globo esté presente.
4. Observación:
• Observa cómo el globo comienza a expandirse a medida que el aire dentro de él se calienta.
• Mientras el globo se expande, mide y anota la nueva temperatura del agua caliente (esto será T2T2​).
5. Medición final:
• Puedes medir el volumen del globo nuevamente si deseas, o simplemente observar el cambio visualmente.
6. Repetición:
• Para comparar, repite el experimento utilizando agua fría y observa cómo el globo se contrae.

Resultados y Conclusiones:

• Análisis:
• Al calentar el aire en el globo, el volumen del gas dentro del globo aumenta, lo que demuestra que V∝TV∝T a presión constante.
• Anota los cambios de temperatura y los volúmenes observados.
• Conclusión:
• Comprueba si el  experimento respalda la Ley de Charles, mostrando que al aumentar la temperatura, el volumen de un gas también aumenta, siempre que la presión se mantenga constante.

Observaciones:

• Toma nota de la velocidad de expansión del globo y cualquier cambio visible.
• Reflexiona sobre cómo este principio se aplica a situaciones cotidianas, como los globos en días cálidos.