Artículo Ley de Boyle, Ley de Charles, Ley de Gay-Lussac
Ley de Boyle
Robert Boyle (1627-1691) realizó experimentos para investigar la relación cuantitativa entre la presión y el volumen de un gas. Este experimento se llevó a cabo introduciendo una cierta cantidad de gas en un recipiente cerrado. Tras un buen estudio, descubrió que si la temperatura del gas se mantenía constante, al aumentar la presión, el volumen disminuía. Del mismo modo, al disminuir la presión, el volumen aumentaba. La presión es inversamente proporcional al volumen. Esta relación se conoce como la Ley de Boyle. Matemáticamente:
La ley de Boyle también se puede escribir de la siguiente manera:
PV = constante → ecuación 1
P 1 V 1 = P 2 V 2 → ecuación 2
El significado de la ecuación 1 es que a una temperatura constante (T) si la presión (P) del gas cambia, entonces el volumen (V) del gas también cambia,
De esta forma, el resultado de la multiplicación entre presión y volumen es siempre constante. Si la presión del gas aumenta, el volumen disminuye, y viceversa: si la presión disminuye, el volumen aumenta. Por lo tanto, la multiplicación entre presión y volumen es siempre constante.
La gráfica que muestra la relación entre volumen y presión se ve como en la imagen de abajo. Según los resultados del experimento, Robert Boyle descubrió que el volumen del gas varía de forma irregular, por lo que las líneas de la gráfica aparecen curvas. La presión representada en la gráfica es la presión absoluta.
Ley de Charles
Cien años después de que Robert Boyle descubriera la relación entre volumen y presión, el científico francés Jacques Charles (1746-1823) investigó la relación entre temperatura y volumen de un gas. Basándose en los resultados de su experimento, descubrió que cuando la presión del gas se mantiene constante, al aumentar su temperatura, su volumen también aumenta. Por el contrario, cuando la temperatura disminuye, el volumen del gas también disminuye.
Los cambios en el volumen del gas debidos a las variaciones de temperatura ocurren regularmente, por lo que las líneas en este gráfico parecen rectas. Si las líneas del gráfico se representan hasta que la temperatura sea más baja, entonces la línea cortará el eje alrededor de los -273 ° C.
Basándose en muchos experimentos que se han llevado a cabo, se descubrió que, si bien la magnitud del cambio de volumen de cada gas varía,
Cuando se trazan líneas en el diagrama VT hacia una temperatura más baja, la línea siempre corta el eje alrededor de -273 ° C. Podemos decir que si el gas se enfría a -273 ° C, entonces el volumen del gas es igual a cero. Si el gas se enfría nuevamente hasta que la temperatura esté por debajo de -273 ° C, entonces el volumen del gas será negativo, lo cual es imposible.
Entonces -273 oC es la temperatura más baja que se puede alcanzar. Porque la línea interseca el eje alrededor de -273 oC según el acuerdo, se determina que la temperatura más baja que se puede alcanzar es -273.15 oC. -273.15 oC se llama temperatura cero absoluta y se utiliza como referencia de escala absoluta, también conocida como escala Kelvin. Kelvin es el nombre de Lord Kelvin (1824-1907), físico británico. En esta escala, la temperatura se expresa en Kelvin (K), no en Kelvin (oK) grados. La distancia entre grados es la misma que en la escala centígrada. 0 K = -273.15 oC y 273.15 K = 0 oC.
La temperatura en la escala Celsius se puede convertir a la escala Kelvin sumando 273.15, y la temperatura en la escala Kelvin se puede convertir a la escala Celsius restando 273.15. Matemáticamente:
T (K) = T ( ° C) + 273.15
T ( ° C) = T (K) – 273.15
T = Temperatura
K = Kelvin
C = centígrados
Si la temperatura se expresa en la escala Kelvin, el gráfico anterior se verá como la imagen de abajo.
Según esta gráfica, se puede concluir que, a presión constante, el volumen de un gas es siempre directamente proporcional a su temperatura absoluta. Si la temperatura absoluta del gas aumenta, su volumen también aumenta; por el contrario, si la temperatura absoluta disminuye, su volumen también disminuye. Esta relación se conoce como la ley de Charles. Matemáticamente:
Volumen α Temperatura → Presión constante
V α T → P constante
El significado de la ecuación 1 es que a presión constante (P) si la temperatura absoluta (T) cambia entonces el volumen (V) del gas también cambia de manera que la relación entre la temperatura absoluta y el volumen siempre es constante. Si la temperatura absoluta del gas aumenta, el volumen del gas también aumenta o viceversa si la temperatura absoluta del gas disminuye,
El volumen del gas también disminuye, por lo que la relación entre temperatura y volumen permanece constante. La temperatura absoluta del gas se expresa en la escala Kelvin. Si la temperatura aún está en grados Celsius, primero debe convertirse a la escala Kelvin.
Ley de Gay-Lussac
Joseph Gay-Lussac (1778-1850) experimentó y descubrió que, si el volumen de un gas se mantiene constante, al aumentar la presión, aumenta la temperatura absoluta del gas. Del mismo modo, al disminuir la presión, disminuye la temperatura absoluta. A volumen constante, la presión es directamente proporcional a la temperatura absoluta del gas. Esta relación se conoce como la Ley de Gay-Lussac. Matemáticamente:
Presión α Temperatura → Volumen constante
P α T → V es constante
El significado de la ecuación 1 es que a volumen constante (V) si la presión (P) del gas cambia, la temperatura absoluta (T) del gas también cambia de manera que la relación entre la presión y la temperatura absoluta es constante. En otras palabras, si la presión del gas aumenta, la temperatura absoluta del gas también aumenta o viceversa si la presión del gas disminuye,
La temperatura absoluta del gas también disminuye, de modo que la relación entre presión y temperatura permanece siempre constante.
La temperatura absoluta del gas se expresa en la escala Kelvin. Si la temperatura aún está en la escala Celsius, primero debe convertirse a la escala Kelvin.
Tenga en cuenta que las leyes de Boyle, Charles y Gay-Lussac proporcionan resultados precisos cuando la presión y la densidad del gas no son demasiado significativas. Además, estas tres leyes solo se aplican a gases cuya temperatura no se aproxima al punto de ebullición.
En base a esto, se puede concluir que las leyes de Boyle, Charles y Gay-Lussac no se aplican a todas las condiciones de los gases. Dado que no abarcan todas las condiciones reales de los gases, necesitamos el concepto de gas ideal. Este gas ideal no existe en la vida cotidiana. El gas ideal es solo un modelo ideal, similar al concepto de rigidez y fluidez ideales. Por lo tanto, asumimos que las tres leyes de los gases mencionadas anteriormente se aplican a todas las condiciones de gas ideal.
Para resolver problemas de leyes de los gases, la temperatura debe expresarse en la escala Kelvin. Si la presión del gas aún se expresa como presión de medición, primero conviértala a presión absoluta. Presión absoluta = presión atmosférica + presión de medición
