TERMODINMICA GENERAL UNJBG FCAG - ESIA

LEY DE JACQUES CHARLES: PROCESO ISOBRICO

ELVIA SOFA ARCOS APAZA 2011 - 111011 UNJBG FCAG ESIA 2 AO A

NDICE

Introduccin..pg.2 Marco tericopg.3

Ley de Charles.pg.3 Laley de los gases..........................................................pg.6 Explicacin segn lateora cintica molecularpg.7 Proceso isobricopg.9 Graficas de la ley de Charles..pg.11

Conclusiones............................................................................pg.17 Bibliografa...pg.18

INTRODUCCIN

Las molculas de los gases se mueven continuamente debido a la temperatura. Cuanto mayor sea la temperatura, con ms velocidad se movern las molculas. Pero la temperatura no se mide en la escala normal de temperaturas, la escala Celsius o Centgrada, sino en una escala especial llamada escala Kelvin o escala absoluta.

Es as que Charles con el proceso isobrico fue uno de los muchos cientficos que hizo el primer vuelo con los globos que contenan gases calientes o globos aerostticos, este hecho impresiono tanto a Luis XVI que al pasar el tiempo lo monto en un laboratorio.

MARCO TERICOLEY DE CHARLESFsico francs Jaques Alexandre Charles (1746 - 1823). La primera subida de un globo del aire caliente fue hecha el 21 de noviembre de 1783. Algunos das ms adelante, Jaques Alexandre Charles y Ain Roberts hizo una subida en un globo llenado de hidrogeno el 1 d diciembre de 1783. En el aterrizaje, el globo fue atacado y rasgado a los fragmentos por los campesinos aterrorizados armados con las bifurcaciones de la echada. Demostr que los gases se expandan de igual modo con un mismo aumento de temperatura. Llego a determinar que, a presin constante, el volumen de un gas aumentaba o disminua en 1/273 partes del volumen inicial, por cada grado centgrado que aumentaba o disminua la temperatura. Pero, al no divulgar sus observaciones fueron redescubiertas por su compatriota Joseph Louis Gay Lussac (1778 - 1850), quien las publicara en 1802.EL VOLUMEN DE UN GAS A PRESION CONSTANTE ES DIRECTAMENTE PROPORCIONAL A LA TEMPERATURA DE KELVIN

Jacques Charles y Joseph-Louis Gay-Lussac, a comienzos de 1800, estudiaron con detalle qu relaciones existan entre la temperatura de los gases y el volumen que ocupaban. La moda de volar en globos aerostticos fue un incentivo importante en sus investigaciones.Si un gas se mantiene a presin constante, su volumen es directamente proporcional a la temperatura absoluta. Si se calienta a un gas hasta una temperatura dos veces mayor que la inicial (en Kelvin), el volumen se duplica.

Esta ley manifiesta lo siguiente: "A presin constante, el volumen de un gas vara en proporcin directa con la temperatura absoluta"LaLey de Charles y Gay-Lussac, o simplementeLey de Charles, es una de las leyes de losgases ideales. Relaciona elvolumeny latemperaturade una cierta cantidad de gas ideal, mantenido a unapresinconstante, mediante una constante de proporcionalidad directa.En esta ley,Jacques Charlesdice que para una cierta cantidad de gas a una presin constante, al aumentar la temperatura, el volumen del gas aumenta y al disminuir la temperatura el volumen del gas disminuye. Esto se debe a que la temperatura est directamente relacionada con laenerga cintica(debido al movimiento) de las molculas del gas. As que, para cierta cantidad de gas a una presin dada, a mayor velocidad de las molculas (temperatura), mayor volumen del gas.

La ley fue publicada primero porGay Lussacen1875, pero haca referencia al trabajo no publicado de Jacques Charles, de alrededor de1787, lo que condujo a que la ley sea usualmente atribuida a Charles. La relacin haba sido anticipada anteriormente en los trabajos deGuillaume Amontonsen1702.Por otro lado, Gay-Lussac relacion la presin y la temperatura comomagnitudesdirectamente proporcionales en la llamada"La segunda ley de Gay-Lussac".

Volumen sobre temperatura: grados kelvin

Dnde: V es el volumen. T es latemperatura absoluta(es decir, medida enKelvin). kes la constante de proporcionalidad.Adems puede expresarse como:

Dnde:= Volumen inicial= Temperatura inicial= Volumen final= Temperatura finalDespejando T1 se obtiene:

Despejando T2 se obtiene:

Despejando V1 es igual a:

Despejando V2 se obtiene:

Un buen experimento para demostrar esta ley es el de calentar una lata con un poco de agua, al hervir el agua se sumerge en agua fra y su volumen cambia.Fsico francs, fue pionero de los vuelos con globos que contienengasescalientes o globos aerostticos. Charles, con ciertas limitaciones econmicas, nunca lleg a publicar su trabajo. Gay-Lussac lo encontr por casualidad. Repiti el trabajo de Charles y lo public en 1802.Charles en 1873, logr elevar un globo aerosttico con un hombre. Este hecho impresion tanto a Luis XVI, que le mont un laboratorio en la Sorbona.LALEY DE LOS GASESPODEMOS PLANTEARLA DE LA SIGUIENTE MANERA:

Para cierta masa gaseosa (n = cte.), si lapresines constante (proceso isobrico), entonces su volumen varia en forma directamente proporcional a latemperaturaPor lo tanto una muestra degasse expande cuando se calienta, y se contrae cuando se enfra.

EXPLICACIN SEGN LATEORA CINTICA MOLECULAR:

Al aumentar la temperatura, la energa cintica de las molculas aumenta, pero este aumento de la velocidad de las molculas se compensa con el aumento de espacio que debe recorrer para colisionar (al aumentar el volumen), por lo que la frecuencia de choques o colisiones no se altera; por lo tanto, la presin no vara. En conclusin, el volumen vara directamente proporcional a la temperatura.La relacin del volumen y temperatura absoluta quedara expresada de la siguiente forma:V / T = KpDonde Kp es una constante de proporcionalidad.Para dos estados, inicial (1) y final (2), ser:

Graficando V vs T:

P1 = P2 = PLa recta llamada isbara, est formada por infinitos puntos (cada punto es un estado particular del gas) que se encuentran a la misma presin, cuya magnitud es P.Observamos que a 0K (cero kelvin), la presin del gas es cero, lo que justifica porque dicha temperatura hipottica no existe movimiento molecular.Ejemplo:A presin constante, un volumen de 600 cm3de gas sufre un calentamiento de 104F a 122F. Cul es el nuevo volumen que ocupa el gas?Solucin:Si la presin es constante, entonces se cumple la ley de charles.

Primeroconvertimos las temperaturasde grados F (Fahrenheit) a grados Kelvin.104F = 313K122F = 273KReemplazamos dichas temperaturas en la ecuacin sabiendo que el volumen 1 = 600 cm2600 cm3/ 313K = V2/ 273KV2= 619.17 cm3Por qu ocurre esto?Cuando aumentamos la temperatura del gas las molculas se mueven con ms rapidez y tardan menos tiempo en alcanzar las paredes del recipiente. Esto quiere decir que el nmero de choques por unidad de tiempo ser mayor. Es decir se producir un aumento (por un instante) de la presin en el interior del recipiente y aumentar el volumen (el mbolo se desplazar hacia arriba hasta que la presin se iguale con la exterior).Lo que Charles descubri es que a presin constante, el cociente entre el volumen y la temperatura de una cantidad fija de gas, es igual a una constanteMatemticamente podemos expresarlo as:

Estudiemos el siguiente procesoa presin constante (isobrico):Supongamos que tenemos un cierto volumen de gas V1que se encuentra a una temperatura T1sometido a una presin P1(representada por la pesa) al comienzo del experimento.Si a presin constante, aumentamos la temperatura del gas hasta un nuevo valor T2, entonces el volumen se incrementar hasta V2, como se muestra en la siguiente figura.En la grfica P - V, se muestrala isbara

Se cumplir:

Que es otra manera de expresar la ley de Charles.El mismo proceso se puede graficar enun diagrama V - T:

La recta obtenida se puede expresar matemticamente con la ecuacin:

Donde: Vo = volumen que ocupa el gas a 0 C (ordenada al origen). = Cambio de volumen respecto al cambio de temperatura, a presin constante (pendiente).La proyeccin de la recta, dar una interseccin en-273.15 C, temperatura a la cual el gas tericamente tendr un volumen de cero, lo cual slo se cumple para el gas ideal, puesto que los gases reales se licuarn y solidificarn a temperaturas suficientemente bajas.A este valor de-273.15 C, se le asign un valor de cero kelvin (0 K), en la denominada escala de temperatura absoluta.

Como se aprecia en la figura 1. A presin constante el volumen de un gas aumenta al aumentar la temperatura absoluta.

Figura 1. A presin constante el volumen de un gas aumenta con la temperatura.La expresin matemtica de la ley de Charles es:V/T= k'k' es una constante.EJERCICIO:Un globo con volumen de 4 L a 25o C reduce su volumen a 3.68 L cuando se introduce un buen rato en el refrigerador. A qu temperatura est el refrigerador?V1/T1= V2/T2 Se despeja T2 T2= T1 (V2/V1)298K (3.68 L/ 4 L) = 274.1 K 274.1K= 1o C Al aumentar la temperatura de un gas, sus molculas se movern ms rpidas y no slo chocarn ms veces, sino que esos choques sern ms fuertes.Si el volumen no cambia, la presin aumentar. Si la temperatura disminuye las molculas se movern ms lentas, los choques sern menos numerosos y menos fuertes por lo que la presin ser ms pequea.Numricamente, Gay-Lussac y Charles, determinaron que el cociente entre la presin de un gas y su temperatura, en la escala Kelvin, permanece constante.

Esta ley explica por qu la presin de las ruedas de un coche ha de medirse cuando el vehculo apenas ha circulado, ya que cuando recorre un camino, los neumticos se calientan y aumenta su presin. As, unas ruedas cuya presin sea de 1.9 atm a 20 C, tras circular el coche y calentarse hasta los 50 C, tendr una presin de 2.095 atm.Vemoslo ms detenidamente:En primer lugar debemos expresar las temperaturas en la escala absoluta, para lo que sumaremos 273:T0 = 20 + 273 = 293 K T1 = 50 + 273 = 323 KY como:P0 = 1.9 atmPodemos aplicar la ley de Charles y Gay-Lussac:

Si el recipiente puede agrandarse o encogerse, al aumentar la temperatura y producirse ms choques, esto har que el recipiente se expanda, por lo que el volumen de gas aumentar. Y por el contrario, si la temperatura disminuye, el volumen tambin disminuir. Siempre que la presin no cambie.

Numricamente, Gay-Lussac y Charles determinaron que el cociente entre el volumen de un gas y su temperatura, medida en la escala absoluta, permanece constante que, en forma de ecuacin, puedes ver a la derecha:Por eso, si introducimos un globo en el congelador, se desinfla. Al bajar la temperatura de 30 C a -20C, un globo de 2 l ver reducido su volumen a 1,67 l.En primer lugar debemos expresar las temperaturas en la escala absoluta, para lo que sumaremos 273:T0 = 30 + 273 = 303 K T1 = -20 + 273 = 253 KY como:V0 = 2 lPodemos aplicar la ley de Charles y Gay-Lussac:

Si, por el contrario, se expone al sol, al aumentar su temperatura, aumentar su volumen.

CONCLUSIONES:

El estudio en que se bas Charles la planteo en la siguiente ley: para cierta masa gaseosa (n=cte.), si la presin es constante (proceso isobrico), entonces su volumen varia en forma directamente proporcional a la temperatura.

Se reconoci que la teora cintica molecular respecto a este ley; al momento de aumentar la temperatura, la energa cintica de las molculas aumenta, pero este aumento de velocidad de las molculas se compensa con el aumento de espacio que debe recorrer para as colisionar (al aumentar el volumen), por lo que la frecuencia de las colisiones no se altera; por lo tanto, la presin no vara.

El volumen vara directamente proporcional a la temperatura.

BIBLIOGRAFA

http://portal.perueduca.edu.pe/modulos/m_termodinamica1.0/leydecharles.htm http://servicios.encb.ipn.mx/polilibros/fisicoquimica/gases/Ley%20charles.htm http://www.fullquimica.com/2011/10/ley-de-jacques-charles-1787-proceso.html servicios.encb.ipn.mx/polilibros/fisicoquimica/.../Ley%20charles.htm ensenarquimica.galeon.com/aficiones2067982.html www.educaplus.org/gases/ejer_charles.html http://www.educabolivia.bo/educabolivia/images/archivos/user_files/p0001/file/tx_leyes_de_los_gases.pdf

LIBRO: QUMICA ANLISIS DE PRINCIPIOS Y APLICACIONESPrimera edicin : febrero del 2000Segunda edicin : junio del 2000Tercera edicin : agosto del 2001

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