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Ley de Charles (Ley Vol-Temp)

1802
  • Jacques Charles
  • Joseph Louis Gay-Lussac
Glass apparatus demonstrating Charles's Law in a vintage laboratory setting.

(Imagen generada únicamente con fines ilustrativos)

También conocida como ley del volumen-temperatura o ley de los volúmenes, la ley de Charles establece que para una masa fija de un gas ideal a constante presión, el volumen que ocupa es directamente proporcional a su temperatura absoluta. Esto se expresa como [latex]V \propto T[/latex] o [latex]\frac{V_1}{T_1} = \frac{V_2}{T_2}[/latex]. Explica la tendencia de los gases a expandirse cuando se calientan en condiciones isobáricas (presión constante).

La Ley de Charles es un principio fundamental que describe la expansión térmica de los gases. El trabajo inicial fue realizado por Jacques Charles hacia 1787. Investigó cómo el volumen de una cantidad fija de gas cambiaba con la temperatura mientras se mantenía constante la presión, encontrando una relación lineal consistente. Sin embargo, Charles nunca publicó sus hallazgos. La ley se hizo ampliamente conocida después de que Joseph Louis Gay-Lussac, que había estado investigando independientemente el mismo fenómeno, publicara sus propios resultados en 1802. En su artículo, Gay-Lussac dio generosamente crédito a Charles por el trabajo original, que no había sido publicado, razón por la cual la ley lleva más comúnmente el nombre de Charles.

El profundo significado de la ley reside en su extrapolación. Al trazar el volumen en función de la temperatura para varios gases, los científicos observaron que todas las líneas, cuando se extendían hacia atrás, convergían a un único punto de volumen cero. Se determinó que esta temperatura teórica era de -273,15 °C. Este punto fue reconocido como el cero absoluto, la temperatura más baja posible, que se convirtió en la base de la escala Kelvin de temperatura absoluta. En la escala Kelvin, donde 0 K es el cero absoluto, la ley adopta su forma proporcional simple [latex]V = kT[/latex]. Microscópicamente, el calentamiento de un gas a presión constante aumenta la energía cinética de sus moléculas, haciendo que se muevan más deprisa. Para mantener la presión constante (es decir, una tasa constante de colisiones con las paredes del recipiente), el volumen debe expandirse, dando a las moléculas que se mueven más rápido más espacio para viajar entre colisiones.

UNESCO Nomenclature: 2212
- Termodinámica

Tipo

Derecho físico

Ruptura

Sustancial

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • Los trabajos de Robert Boyle que establecen la relación presión-volumen de los gases
  • La invención y el perfeccionamiento del termómetro de aire, que se basaba en la expansión térmica.
  • Avances en la medición precisa de volúmenes de gas utilizando dispositivos como cilindros graduados y jeringas de gas.
  • El concepto de mantener una presión constante durante un experimento (condiciones isobáricas)

Aplicaciones

  • globos aerostáticos
  • tiras bimetálicas en termostatos
  • temporizadores emergentes para pavos
  • levadura del pan durante la cocción
  • ciclos de motores de combustión interna (expansión isobárica)
  • Inflado y ascenso de globos meteorológicos

Patentes:

NA

Ideas para posibles innovaciones

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Relacionado con: Ley de Charles, ley de los volúmenes, gas ideal, termodinámica, presión constante, proceso isobárico, cero absoluto, escala Kelvin, expansión de los gases, relación volumen-temperatura.

Contexto histórico

Ley de Charles (Ley Vol-Temp)

1800
1800
1801
1802
1808
1811
1816-11-16
1800
1800
1800
1802
1802
1810
1816
1816-11-16

(Si la fecha es desconocida o no es relevante, por ejemplo "mecánica de fluidos", se proporciona una estimación redondeada de su aparición notable)

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