Proyecto
Integrador: Experimentando con la Leyes de los Gases.
Ley de Charles y Gay Lussac
INTRODUCCIÓN
Como sabemos la ley de Charles y Gay Lussac es una de los
bases más importante de los gases sabiendo que “la dilatación de una sustancia
gaseosa contenida en el recipiente, puede observarse de forma controlada,
sumergiendo el matraz en un baño de agua cuya temperatura puede variarse a
voluntad.
El 2 de noviembre de 1746 y falleció en París el 7 de abril
de 1823, Jacques Alexandre César Charles, químico, físico y aeronauta francés,
nació en Beaugency, Charles no publicó sus experimentos y hacia 1802 Gay-Lussac
publicó sus observaciones sobre la relación entre el volumen y la temperatura
cuando se mantiene constante la presión, por lo que a la ley de Charles también
se le llama a veces ley de Charles y Gay-Lussac. Al tener noticias de las
experiencias de los hermanos Montgolfier con su globo aerostático propuso la
utilización del hidrógeno, que era el gas más ligero que se conocía entonces,
como medio más eficiente que el aire para mantener los globos en vuelo. En 1783
construyó los primeros globos de hidrógeno y subió él mismo hasta una altura de
unos 2 km, experiencia que supuso la locura por la aeronáutica que se desató en
la época.
La ley de Charles es una ley de los gases que dice que el
volumen de un gas cambia cuando lo hace la temperatura. La ley de Charles
plantea que “a una presión constante, el volumen de una masa dada de un gas
ideal incrementa por el mismo factor que su temperatura aumenta o
disminuye”. La temperatura debe estar
expresada en la escala Kelvin.
El objetivo de mi experimento es demostrar que el aire es un
gas, y como todos ellos se expande con el aumento de la temperatura y ocupa más
espacio. Por el contrario, con el frío se comprime y ocupa menos espacio. Los
gases pueden cambiar su volumen por un cambio de la temperatura o de la
presión. A más temperatura y menos presión ocupan mayor volumen. Ley de Charles
y Gay-Lussac: “El volumen de un gas es directamente proporcional a su
temperatura si la presión se mantiene constante”.
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. Esta Ley fue
primeramente formulada por Jacques Charles en 1787, que descubrió que la
relación del volumen de un gas con la temperatura era: V = V0 (1 + α t) donde
V0 es el volumen del gas a 0ºC, t la temperatura (ºC) y
Una constante para todos los gases. Los trabajos de Charles,
que no fueron publicados, cayeron por casualidad en manos de Joseph-Louis
Gay-Lussac, quien repitió los experimentos de Charles y publicó el resultado en
1802. Esta Ley es en realidad un caso particular de la Ley de los gases ideales
(también llamada ley de los gases perfectos) cuando la presión no varía (es
decir durante un proceso isobárico).
¿Qué problema resuelve?
Es una de las leyes que nos explica como los gases tienden a
expandirse cuando se calientan. Los problemas de Charles se trabajan en escala
absoluta, es decir la temperatura debe estar en grados Kelvin, para ello no es
gran ciencia, solo debemos sumar 273 a las temperaturas que tenemos en grados
Celsius también conocido como centígrados. Cuando aumentamos la temperatura del
gas las moléculas se mueven con más rapidez y tardan 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 el émbolo se
desplazará hacia arriba hasta que la presión se iguale con la exterior.
¿Que representa?
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 una constante.
P = presión
V = volumen
R = constante de los gases = 0,0821 [atm L / mol K]
n = número de moles
T = temperatura absoluta (temperatura en Kelvin)
En 1848 William Thomson, propuso una escala de temperatura
absoluta, ahora conocida como escala Kelvin. En esta escala, 0 K, que es
conocida como cero absolutos, es igual a -273,15 oC. En términos de la escala
Kelvin, la ley de Charles puede expresarse como sigue: El volumen de una
cantidad fija de gas mantenida a presión constante, es directamente
proporcional a su temperatura absoluta. V = Constante*T o
V/T = Constante
Con P y n
constantes. Ahora demostraremos la ley de charles y Gay Lussac por medio de su
experimentación. En el medimos magnitudes como volúmenes y temperaturas por
métodos experimentales para luego ser comparados con los valores que predice la
teoría. Además, determinamos experimentalmente el valor de cero absolutos por
métodos gráficos y no gráficos. Teniendo en cuenta lo hecho nuestra principal
conclusión es: En gas a presión constante el volumen es directamente
proporcional a la temperatura. En el siguiente experimento emplearemos la ley
de Charles, esta ley dice que, si se mantiene la presión constante, el volumen
del gas aumentará en la misma proporción en que aumenta su temperatura
insoluta.
T V
V1/T1= V2/T2
Si un globo se llena de aire, se volverá más pequeño (su
volumen disminuirá) si se enfría, pero se volverá más grande (su volumen
aumentará) si se calienta. El aire (gas) de dentro del globo adquiere un
volumen menor si el globo se enfría, y un volumen mayor cuando el globo se
calienta. Cuando usas la ley de Charles, la presión del aire (gas) exterior
debe mantenerse igual (ser constante) porque la presión de afuera influye en la
presión del gas que está en el globo.
MATERIAL:
Un globo
Estufa (flama)
Un recipiente
Agua
1 botella de plástico
PROCEDIMIENTO:
Llenamos el recipiente de agua para que a la hora de meter
la botella de plástico dentro no se funda, para esto tendremos lista la cubeta,
la botella vacía con el globo.
La ponemos en una fuente de calor y ponemos un globo en la
boca de la botella que será la muestra de que el gas se expande y con esto
llenaremos el globo.
Ponemos la botella en la fuente de calor y a escasos
segundos podemos apreciar como el globo se va inflando poco a poco.
En el recipiente con agua hacemos el efecto contrario,
enfriamos la botella con lo que el gas se contrae y el globo se vuelve a
desinflar.
Entre más se enfría la temperatura baja y el globo se
desinfla.
No podemos dejar a un
lado las medidas de seguridad, como el tomar con cuidado la botella, cuando la
exponemos a la lumbre, ya que puede quemarnos de repente, o utilizar guantes.
El experimento puede fallar si hay fuga de aire entre el
globo y la botella, y también si la diferencia de temperatura no es suficiente
para cambiar notablemente el volumen del aire dentro de la botella.
RESULTADOS
El aire es un gas, y como todos ellos se expande con el
aumento de la temperatura y ocupa más espacio. Por el contrario, con el agua
fría se comprime y ocupa menos espacio. “Nota que es la misma cantidad de
aire”.
Podemos afirmar que, cuanto más caliente está un cuerpo,
mayor es su temperatura y mayor es la cantidad de calor que este cuerpo puede
transmitir a otros. Así mismo, si se calientas dos masas de agua diferentes,
que inicialmente se encuentran a la misma temperatura, con la misma estufa y
durante el mismo tiempo, es posible controlar que la cantidad más pequeña de
agua experimenta un aumento de temperatura mayor que aquel que registra la
misma cantidad.
Es decir, aunque ambas reciben la misma cantidad de calor,
las variaciones de calor que se obtienen de calor son diferentes. El aire frío
del interior de la botella tiene una menos presión que el que se encuentra en
el exterior, por lo que este último empuja al globo hacia el interior de la
botella.
Los gases pueden cambiar su volumen por un cambio de la
temperatura o de la presión. A más temperatura y menos presión ocupan mayor
volumen.
CONCLUSION
A presión constante si aumentamos la temperatura de una masa
de gas esta se expande aumentando su volumen.
La temperatura y el volumen son proporcionales y que la
temperatura es el movimiento de partículas así que si la temperatura aumenta
también aumenta el volumen y si la temperatura disminuye también disminuye el
volumen.
La presión es directamente proporcional a la temperatura
absoluta, si el volumen permanece constante.
