LEY DE CHARLES

PRACTICA No. 3 – LEY DE CHARLES

Objetivos:

• Comprobar experimentalmente la ley de Charles

• Observar el efecto del aumento en la temperatura sobre el volumen de un gas confinado en un recipiente, deduciendo la relación gráfica temperatura absoluta –volumen a partir de los datos obtenidos.

• Comprobar experimentalmente la relación de proporcionalidad directa entre el Volumen y la Temperatura absoluta.

MARCO TEORICO

“Relación entre la temperatura y el volumen de un gas cuando la presión es constante”

El volumen es directamente proporcional a la temperatura del gas:

•Si la temperatura aumenta, el volumen del gas aumenta.

•Si la temperatura del gas disminuye, el volumen disminuye.

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.

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).

Lo que Charles descubrió es que si la cantidad de gas y la presión permanecen constantes, el cociente entre el volumen y la temperatura siempre tiene el mismo valor.

Matemáticamente podemos expresarlo así:

(El cociente entre el volumen y la temperatura es constante)

Supongamos que tenemos un cierto volumen de gas V1 que se encuentra a una temperatura T1 al comienzo del experimento. Si variamos el volumen de gas hasta un nuevo valor V2, entonces la temperatura cambiará a T2, y se cumplirá:

que es otra manera de expresar la ley de Charles.

Esta ley se descubre casi ciento cuarenta años después de la de Boyle debido a que cuando Charles la enunció se encontró con el inconveniente de tener que relacionar el volumen con la temperatura Celsius ya que aún no existía la escala absoluta de temperatura.

Ejemplo: Un gas tiene un volumen de 2.5 L a 25 °C. ¿Cuál será su nuevo volumen si bajamos la temperatura a 10 °C?

Solución: Primero expresamos la temperatura en kelvin:

T1 = (25 + 273) K= 298 K

T2 = (10 + 273) K= 283 K

2.5L/298 K = V2/283 K

Si despejas V2 obtendrás un valor para el nuevo volumen de 2.37 L.

PROCEDIMIENTO.

DATOS EXPERIMENTALES.

TABLA 1. TEMPERATURA Y VOLUMEN

TIEMPO INICIAL/MINUTOS TEMPERATURA °C VOLUMEN cm3

5 32,8 1

10 49,8 3

15 63,7 5

20 74,8 6

25 83 8

30 88,8 9

CALCULOS Y RESULTADOS.

INICIAL/MINUTOS TEMPERATURA °C TEMPERATURA (K) VOLUMEN cm3

5 32,8 305.95 1

10 49,8 322.94 3

15 63,7 336.85 5

20 74,8 347.95 6

25 83 356.15 8

30 88,8 361.95 9

TABLA 2. Datos tratados y temperatura reportada en Kelvin.

Ejemplo para el cálculo de la temperatura en K

T = (°C + 273.15) K

T1 = (32.8 + 273.15) K = 305.95 K

T2 = (49.8 + 273.15) K= 322.94 K

1. Construya en un gráfico que presente la relación temperatura absoluta (K) vs. Volumen (cm3), con los datos de temperatura en el eje de las X.

2. Calcule por extrapolación el volumen del gas a una temperatura de cero absoluto.

T = 0 K, reemplazamos en la ecuación de la recta X = al valor de la temperatura (0 K) y de esta manera

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