Lei de Charles (Lei Vol-Temp)
1802
- Jacques Charles
- Joseph Louis Gay-Lussac
Também conhecida como lei volume-temperatura ou lei dos volumes, a Lei de Charles afirma que, para uma massa fixa de um gás ideal a temperatura constante, a temperatura do ar permanece constante. pressãoO volume que ocupa é diretamente proporcional à sua temperatura absoluta. Isso é expresso como [latex]V propto T[/latex] ou [latex]frac{V_1}{T_1} = frac{V_2}{T_2}[/latex]. Isso explica a tendência dos gases de se expandirem quando aquecidos sob condições isobáricas (pressão constante).
Charles’s Law is a fundamental principle describing the thermal expansion of gases. The initial work was conducted by Jacques Charles around 1787. He investigated how the volume of a fixed amount of gas changed with temperature while keeping the pressure constant, finding a consistent linear relationship. However, Charles never published his findings. The law became widely known after Joseph Louis Gay-Lussac, who had been independently investigating the same phenomenon, published his own results in 1802. In his paper, Gay-Lussac generously credited Charles for the original, unpublished work, which is why the law is most commonly named after Charles.
A profunda importância da lei reside em sua extrapolação. Ao plotar o volume em função da temperatura para vários gases, os cientistas notaram que todas as linhas, quando estendidas para trás, convergiam para um único ponto de volume zero. Essa temperatura teórica foi determinada como sendo -273,15 °C. Esse ponto foi reconhecido como zero absoluto, a temperatura mais baixa possível, que se tornou a base para a escala de temperatura absoluta Kelvin. Na escala Kelvin, onde 0 K é o zero absoluto, a lei assume sua forma proporcional simples: V = kT. Microscopicamente, aquecer um gás a pressão constante aumenta a energia cinética de suas moléculas, fazendo com que se movam mais rapidamente. Para manter a pressão constante (ou seja, uma taxa constante de colisões com as paredes do recipiente), o volume deve se expandir, dando às moléculas que se movem mais rapidamente mais espaço para se deslocarem entre as colisões.
UNESCO Nomenclature: 2212
Termodinâmica
Precursores
- O trabalho de Robert Boyle estabeleceu a relação pressão-volume para gases.
- A invenção e o aperfeiçoamento do termômetro de ar, que se baseava na expansão térmica.
- Avanços na medição precisa de volumes de gás usando dispositivos como provetas graduadas e seringas de gás.
- O conceito de manter a pressão constante durante um experimento (condições isobáricas).
Aplicações
- balões de ar quente
- lâminas bimetálicas em termostatos
- temporizadores de peru pop-up
- fermentação do pão durante o cozimento
- ciclos de motores de combustão interna (expansão isobárica)
- inflação e ascensão de balões meteorológicos
Ideias de Inovação Potencial
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Relacionado a: Lei de Charles, lei dos volumes, gás ideal, termodinâmica, pressão constante, processo isobárico, zero absoluto, escala Kelvin, expansão de gases, relação volume-temperatura.