Leyes de los gases: Ley de Charles y Gay-Lussac

En 1787, el físico frances J. Charles propuso por primera vez la relación proporcional entre el volumen y la temperatura de los gases a presión constante.

Charles fue el inventor del globo aerostático de hidrógeno. Como no publicó los resultados de sus investigaciones sobre gases, se atribuye también esta ley a Gay-Lussac, quien comprobó el fenómeno en 1802.

La ley de Charles se expresa matemáticamente de la siguiente manera:                                                   V = kT

Donde:                                                                                     

V = Volumen                                                                

T = Temperatura                                                          

K = Constante

La ley de Charles establece que: “El volumen de un gas a presión constante es directamente proporcional a la temperatura kelvin”.

Lo anterior quiere decir que a presión constante, el volumen se dobla cuando la temperatura absoluta se duplica. En cambio si la temperatura del gas disminuye, también lo hace el volumen.

Esto sucede porque cuando se aumenta la temperatura del gas en un recipiente, provoca que las moléculas se muevan con más rapidez y tarden menos tiempo en alcanzar las paredes del recipiente. 

Lo que significa 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.

Un ejemplo sencillo de lo anterior son los globos aerostáticos, al aumentar la temperatura del aire del interior del globo, este hace que aumente su volumen, por eso es que los globos se inflan, y al ser el aire caliente mas ligero que el aire a temperatura ambiente, hace que el globo flote.

Otra manera de expresar la ley de Charles es que si se tiene un cierto volumen de gas V₁ que se encuentra a una temperatura T₁ al comienzo de un experimento y luego se varía el volumen del  gas hasta un nuevo valor V₂, entonces la temperatura cambiará a T₂, y se cumplirá: V_{1 /} T_{1 =} V₂ / T₂

Leyes de los gases: Ley de Boyle-Mariott

Fue descubierta por Robert Boyle en 1662. Edme Mariotte también llegó a la misma conclusión que Boyle, pero no publicó sus trabajos hasta 1676. Esta es la razón por la que en muchos libros encontramos esta ley con el nombre de Ley de Boyle y Mariotte.

Ley de Boyle – Mariotte establece que: 

“El volumen de una cantidad fija de un gas a temperatura constante, es inversamente proporcional a la presión del gas”

Esto se puede expresar mediante la siguiente fórmula: P ⋅ V = k

P: denota la presión del sistema.

V: es volumen del gas.

K: es un representante constante del valor de la presión y del volumen del sistema.

Esta expresión implica que siempre que se tenga una cantidad fija de un gas a temperatura constante, el producto de la presión por el volumen siempre será igual a una constante k.

Esto ocurre porque al aumentar el volumen, las partículas (átomos o moléculas) del gas tardan más en llegar a las paredes del recipiente y por lo tanto chocan menos veces por unidad de tiempo contra ellas. Esto significa que la presión será menor ya que ésta representa la frecuencia de choques del gas contra las paredes.

Cuando disminuye el volumen la distancia que tienen que recorrer las partículas es menor y por tanto se producen más choques en cada unidad de tiempo: aumenta la presión.

Lo que Boyle descubrió es que si la cantidad de gas y la temperatura permanecen constantes, el producto de la presión por el volumen siempre tiene el mismo valor.

Un ejemplo de esto seria que, cuando oprimimos un globo con aire (aumenta la presión), el volumen disminuye. En cambio, al soltarlo (disminuye la presión), el volumen aumenta.

Existe otra manera de expresar la ecuación de la ley de Boyle: 

Al tener un cierto volumen de gas V₁ que se encuentra a una presión P₁ al comienzo del experimento, si se varía el volumen de gas hasta un nuevo valor V₂, entonces la presión cambiará a P₂, y se cumplirá: P₁ V₁  = P₂ V₂