Proyecto Integrador: Experimentando con la Leyes de los Gases.
Ley de Charles y Gay Lussac
Miguel Angel Martínez Zarco
CDMX A 09 de Enero de 2017
Módulo 12
Los gases se distinguen de otras formas de la
materia, no solo por su poder de expansión indefinida así como por llenar
cualquier recipiente, por grande que sea, y porque el calor tiene un gran
efecto en su dilatación, sino por la uniformidad y la simplicidad de las leyes
que regulan estos cambios.
James Clerk Maxwell
INTRODUCCIÓN
Hablemos de Charles y Gay
Lussac y donde nos muestran que su ley es una de los bases más importante de
los gases donde se observa que la dilatabilidad de una sustancia gaseosa que
abarca un recipiente, puede advertirse de forma controlada, al
hundir el matraz en un baño de agua donde la temperatura puede cambiarse.
El químico francés Jacques
Charles (1746-1823) fue famoso en su época por sus experimentos con globos
aerostáticos, Charles no publicó sus experimentos y hacia 1802 Gay-Lussac catedrático
de Física publicó los resultados de sus experimentos que, ahora conocemos como
Ley de Gay-Lussac. Esta ley establece, que, a volumen constante, la presión de
una masa fija de un gas dado es directamente proporcional a la temperatura
Kelvin.
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.
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 volumen disminuía.
El propósito para con este experimento
es explicar que el aire es un gas, en el cual se muestra como todos ellos se extiende
con el incremento de la temperatura y ocupa más espacio. Y al contrario, con el
frío se comprime y ocupa menos espacio.
La ley de Charles es una de
las leyes de los gases. Relaciona el volumen y la temperatura de una cierta
cantidad de gas ideal, mantenida a una presión constante, mediante una
constante de proporcionalidad directa.
¿DE DONDE SURGE?
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 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
¿QUÉ
PROBLEMA RESUELVE?
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 Celcius 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, Mientras la masa y la presión de un gas se mantengan constantes, el
volumen del gas es directamente proporcional a su temperatura absoluta.
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)
La escala Kelvin fue concebida
después de que se descubrió el concepto de "cero absoluto". Cero en
la escala Kelvin coincide con el grado más bajo de temperatura que los
científicos creen que es posible. Este es el punto en el que no hay energía
cinética, sin vibración, dentro de una sustancia o sistema. Esto coincide con
-273.15 ° C.
En
1848 William Thomson (más tarde para hacerse Lord Kelvin), sobre la base de su
investigación en la termodinámica de la Universidad de Glasgow, se propone una
nueva escala de temperatura que tuvo en cuenta "cero absoluto". La
temperatura precisa real de "cero absoluto" no se determinó con
precisión hasta varios años después.
En términos de la escala
Kelvin, la ley de Charles puede atestiguar 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 expondremos
la ley de charles y Gay Lussac por medio de su experimento. En el cual medimos
magnitudes como volúmenes y temperaturas por métodos experimentales para luego
ser comparados con los valores que predice la teoría. Así mismo se determinara
experimentalmente el valor de cero absolutos por métodos gráficos y no
gráficos. En el cual se tendrá en cuenta lo hecho y como principal conclusión
puedo definir que: En gas a presión constante el volumen es directamente
proporcional a la temperatura. Para con el siguiente experimento recurriremos a
la ley de Charles, la cual nos define 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 infla con aire
frío su volumen disminuirá, pero si este fuera caliente su volumen aumentara.
Por lo cual podría definir que 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.
2.
Así
que podre explicar que, entre más se enfría, la temperatura baja y el globo se
desinfla.
3. Debo mencionar que para realizar este tipo
de experimentos hay que tomar muy en serio las medidas de seguridad para así
evitar posibles accidentes.
4. Este experimento puede tender a fallar por
diferentes aspectos tales como:
·
Una
probable fuga de aire entre el globo y la botella
·
Puede
ser que también si la temperatura no es suficiente el cambio será más tardado o
según el caso.
RESULTADOS
Como sabemos el aire es un
gas, y como tal observamos que también se expande con el aumento de la
temperatura y ocupa más espacio. Pero a su vez hemos comprobado que si lo
colocamos en agua fría se comprime por lo cual ocupara menos espacio.
Así que puedo 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.
De tal manera se ha comprobado
que 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.
Así mismo afirmar que los
gases pueden cambiar su volumen por un cambio de la temperatura o de la
presión. A mayor temperatura y menos presión han de ocupar mayor volumen.
CONCLUSION
Se debe mencionar que al
observar que a presión constante, si se aumenta la temperatura de una masa de
gas de esta se expande aumentando su volumen.
Por otro lado mencionar que la
temperatura y el volumen son proporcionales y que la temperatura es el
movimiento de partículas.
Se ha comprobado que si la
temperatura aumenta también aumenta el volumen y si la temperatura disminuye
también disminuye el volumen.
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