Artigo Lei de Boyle, lei de Charles, lei de Gay-Lussac
Lei de Boyle
Robert Boyle (1627-1691) realizou experimentos para investigar a relación cuantitativa entre a presión e o volume do gas. Este experimento lévase a cabo inserindo unha certa cantidade de gas nun recipiente pechado. Ata que se lle presentou unha boa proposta, descubriu que se a temperatura do gas se mantiña constante, cando a presión do gas aumentaba, o volume do gas reducíase. Do mesmo xeito, cando a presión do gas diminúe, o volume do gas aumenta. A presión do gas é inversamente proporcional ao volume do gas. Esta relación coñécese como a lei de Boyle. Matematicamente:
A lei de Boyle tamén se pode escribir:
PV = constante → ecuación 1
P1 V1 =P2 V2 → ecuación 2
O significado da ecuación 1 é que a unha temperatura constante (T), se a presión (P) do gas cambia, entón o volume (V) do gas tamén cambia,
de xeito que os resultados da multiplicación entre a presión e o volume sexan sempre constantes. Se a presión do gas aumenta, o volume do gas diminúe ou viceversa se a presión do gas diminúe, o volume do gas aumenta, polo que a multiplicación entre a presión e o volume é sempre constante.
A gráfica que indica a relación entre o volume e a presión ten o aspecto da imaxe seguinte. Baseándose nos resultados do experimento, Robert Boyle descubriu que o volume do gas cambia irregularmente, de xeito que as liñas da gráfica aparecen curvas. A presión representada na gráfica é a presión absoluta.
Lei de Charles
Cen anos despois de que Robert Boyle descubrise a relación entre o volume e a presión, un científico francés chamado Jacques Charles (1746-1823) investigou a relación entre a temperatura e o volume do gas. Baseándose nos resultados do experimento, descubriu que cando a presión do gas é sempre constante, cando a temperatura do gas aumenta, o volume do gas tamén aumenta. Pola contra, cando a temperatura do gas diminúe, o volume do gas tamén diminúe.
Os cambios no volume do gas debido aos cambios na temperatura ocorren regularmente, polo que as liñas deste gráfico aparecen rectas. Se as liñas do gráfico se representan ata que a temperatura sexa máis baixa, entón a liña cortará o eixe arredor de -273 oC.
Baseándose en moitos experimentos que se levaron a cabo, descubriuse que, aínda que a magnitude do cambio de volume de cada gas varía,
Cando as liñas do gráfico VT se debuxan a unha temperatura máis baixa, a liña sempre corta o eixo arredor de -273 oC. Podemos dicir que se o gas se arrefría a -273 oC entón o volume do gas = 0. Se o gas se arrefría de novo ata que a temperatura sexa inferior a -273 oC entón o volume do gas será negativo, algo que é imposible.
Entón -273 oC é a temperatura máis baixa que se pode alcanzar. Porque a liña corta o eixe arredor de -273 oC segundo o acordo, determínase que a temperatura máis baixa que se pode alcanzar é de -273.15 oC. -273.15 oC chámase temperatura cero absoluta e utilízase como referencia de escala absoluta, tamén coñecida como escala Kelvin. Kelvin é o nome de Lord Kelvin (1824-1907), físico británico. Nesta escala, a temperatura exprésase en Kelvin (K), non en Kelvin (oK) graos. A distancia entre os graos é a mesma que na escala centígrados. 0 K = -273.15 oC e 273.15 K = 0 oC.
A temperatura na escala Celsius pódese converter a unha escala Kelvin engadindo 273.15, a temperatura na escala Kelvin pódese converter a unha escala Celsius reducindo 273.15. Matematicamente:
T(K) = T (oC) + 273.15
T (oC) = T (K) – 273.15
T = Temperatura
K = Kelvin
C = Celsius
Se a temperatura se expresa nunha escala Kelvin, a táboa de arriba terá un aspecto semellante ao da imaxe seguinte.
Baseándose neste gráfico, pódese concluír que a unha presión fixa, o volume do gas é sempre directamente proporcional á temperatura absoluta do gas. Se a temperatura absoluta do gas aumenta, o volume do gas tamén aumenta; pola contra, se a temperatura absoluta do gas diminúe, o volume do gas tamén diminúe. Esta relación coñécese como lei de Charles. Matematicamente:
Volume α Temperatura → Presión constante
Constante V α T → P
O significado da ecuación 1 é que a presión constante (P), se a temperatura absoluta (T) cambia, o volume (V) do gas tamén cambia, de xeito que a relación entre a temperatura absoluta e o volume sexa sempre constante. Se a temperatura absoluta do gas aumenta, o volume do gas tamén aumenta ou viceversa se a temperatura absoluta do gas diminúe.
o volume do gas tamén diminúe, polo que a relación entre a temperatura e o volume é sempre constante. A temperatura absoluta do gas é a temperatura do gas, que se expresa na escala Kelvin. Se a temperatura aínda está na escala Celsius, cámbiaa primeiro á escala Kelvin.
Lei de Gay-Lussac
Joseph Gay-Lussac (1778-1850) experimentou e descubriu que se o volume do gas se mantén constante, cando a presión do gas aumenta, a temperatura absoluta do gas aumenta. Do mesmo xeito, cando a presión do gas diminúe, a temperatura absoluta do gas diminúe. A un volume constante, a presión do gas é directamente proporcional á temperatura absoluta do gas. Esta relación chámase Lei de Gay-Lussac. Matematicamente:
Presión α Temperatura → Volume constante
P α T → V é constante
O significado da ecuación 1 é que a un volume constante (V), se a presión (P) do gas cambia, a temperatura absoluta (T) do gas tamén cambia, de xeito que a relación entre a presión e a temperatura absoluta é constante. Noutras palabras, se a presión do gas aumenta, a temperatura absoluta do gas tamén aumenta ou viceversa se a presión do gas diminúe.
a temperatura absoluta do gas tamén diminúe, de xeito que a relación entre a presión e a temperatura é sempre constante.
A temperatura absoluta do gas é a temperatura do gas, que se expresa na escala Kelvin. Se a temperatura aínda está na escala Celsius, cámbiaa primeiro á escala Kelvin.
Teña en conta que a lei de Boyle, a lei de Charles e a lei de Gay-Lussac proporcionan resultados precisos cando a presión e a densidade do gas non son demasiado significativas. Ademais, as tres leis tamén se aplican só ao gas cuxa temperatura non está preto do punto de ebulición.
Baseándose neste feito, pódese concluír que a lei de Boyle, a lei de Charles e a lei de Gay-Lussac non se poden aplicar a todas as condicións dos gases. Dado que non se poden referir a todas as condicións reais dos gases, necesitamos o concepto de gas ideal. Este gas ideal non existe na vida cotiá. O gas ideal é só un modelo ideal, semellante ao concepto de ríxido e fluído ideal. Polo tanto, asumimos que as tres leis dos gases anteriores se aplican a todas as condicións ideais dos gases.
Ao resolver problemas da lei dos gases, a temperatura debe indicarse nunha escala Kelvin. Se a presión do gas aínda está na forma de presión de medición, cámbiaa primeiro a presión absoluta. Presión absoluta = presión atmosférica + presión de medición
