Ecuacion de Estado

El término estado utilizado aquí implica un estado de equilibrio, lo que significa que la temperatura y la presión son iguales en todos los puntos. Por consiguiente, si se comunica calor a algún punto de un sistema en equilibrio, hay que esperar hasta que el proceso de transferencia del calor dentro del sistema haya producido una nueva temperatura uniforme, para que el sistema se encuentre de nuevo en un estado de equilibrio.

 

Ley Combinada de los Gases Ideales

Ley de Boyle

 

“La ley de Boyle representa la relación entre la presión y el volumen de un gas”

Si la presión de un globo disminuye, el globo se expande. Es por esto que los globos meteorológicos se expanden conforme se elevan en la atmósfera. Por el contrario cuando el volumen de un gas se comprime, la presión del mismo aumenta. El químico inglés Robert Boyle (1627-1691) fue el primero en estudiar la relación entre la presión de un gas y su volumen.

Para sus experimentos Boyle utilizó un tubo en forma de J como el de la figura:

En la parte izquierda del tubo, se tenía una cantidad de gas atrapada por una columna de mercurio. Boyle cambio la presión del gas añadiendo mercurio al tubo. Encontró que el volumen del gas disminuyó cuando el volumen aumentó. Por ejemplo, al duplicar la presión ocasionó que el volumen del gas disminuyera a la mitad de su valor original.

La ley de Boyle establece que el volumen de una cantidad fija de gas mantenida a una temperatura constante, es inversamente proporcional a la presión.

V=Constante*1/P           o          PV=Constante      Con T y n constantes

Ley de Gay lussac

 

en la la ley de Gay-Lussac es el volumen quien permanece constante.

Antes de meternos en las matemáticas y fórmula de gay-lussac, veremos algo más sobre esta ley.

Aquí entenderemos porque la presión y temperatura van muy de la mano y son totalmente proporcionales, es decir, supongamos que acabas de comprar un aerosol, si sometemos ese aerosol a cierta temperatura de tal manera que aumente, la presión también aumentará, a esta relación se le llama proporcionalidad.

ley de gay lussac

Notables científicos, físicos y químicos dedicaron parte de su tiempo para poder entender mejor esta ley, pero fue Gay-Lussac un físico-químico de origen Francés, que estudió a fondo el comportamiento de los gases respecto a la relación entre la presión y la temperatura, su ley estable lo siguiente.

Si el volumen de una masa gaseosa permanece constante, la presión es directamente proporcional a su temperatura absoluta.

Ahora si, vamos a lo matemático.

Fórmula de Gay-Lussac

Como dijimos texto atrás, la proporcionalidad que existe en esta ley es sobre la presión y la temperatura, matemáticamente colocaremos esto como:

\displaystyle P\propto T

Ahora introduzcamos una constante de proporcionalidad esto da paso a que se vea de la siguiente forma, es como un despeje simple.

\displaystyle \frac{P}{T}=k

Ahora al tratarse de una igualdad, podemos considerar las condiciones inicial y final, quedando la ecuación o fórmula matemática de la Ley de Gay-Lussac de la siguiente forma:

\displaystyle \frac{{{P}_{1}}}{{{T}_{1}}}=\frac{{{P}_{2}}}{{{T}_{2}}}

donde:

\displaystyle {{P}_{1}}= Presión Inicial

\displaystyle {{T}_{1}}= Temperatura Inicial

\displaystyle {{P}_{2}}= Presión Final

\displaystyle {{T}_{2}}= Temperatura Final

Gráfica de la Ley de Gay-Lussac

 

graficagaylussac

En la gráfica podremos observar claramente la proporcionalidad entre el volumen y la temperatura, recordemos también que para las condiciones de un gas, las temperaturas deben darse en grados Kelvin

 

Ley de Charles

“La ley de Charles representa la relación entre la temperatura y el volumen de un gas”

 

Los globos con aire caliente se elevan porque el aire se expande cuando se calienta. El aire caliente es menos denso que el aire frio de los alrededores lo que genera una fuerza de empuje que hace al globo ascender. La relación entre el volumen de un gas y la temperatura fue descubierta en 1787 por el científico francés Jacques Charles (1746-1823). Charles descubrió que el volumen de una cantidad fija de gas a una presión constante aumenta linealmente con la temperatura, tal y como muestra la figura:

Al extrapolar estos datos experimentales la línea punteada pasa por -273 oC. Observe de  la figura que se predice que el gas tendrá un volumen igual a cero a esta temperatura.

En 1848 William Thomson, propuso una escala de temperatura absoluta, ahora conocida como escala Kelvin. En esta escala, 0 K, que es conocida como cero absoluto, es igual a -273,15 oC. En términos de la escala Kelvin, la ley de Charles puede expresarse como sigue: El volumen de una cantidad fija de gas mantenida a presión constante, es directamente proporcional a su temperatura absoluta.

V = Constante*T        o       V/T = Constante

Con P y n constantes

Al someter cierta masa de gas a presión constante y la temperatura en aumento, el volumen aumentará, y al disminuir la temperatura, también el volumen disminuirá.

Lo he colocado así, para que se entienda lo que el autor intenta explicar, ahora intentemos enfocarnos en la fórmula.

\displaystyle \frac{{{P}_{1}}\cdot {{V}_{1}}}{{{T}_{1}}}=\frac{{{P}_{2}}\cdot {{V}_{2}}}{{{T}_{2}}}

Si la presión es constante entonces de la ley general en estado gaseoso tendrá el siguiente cambio:

\displaystyle \frac{{{V}_{1}}}{{{T}_{1}}}=\frac{{{V}_{2}}}{{{T}_{2}}}

Dónde:

T1 = Temperatura inicial

T2 = Temperatura final

V1 = Volumen inicial

V2 = Volumen final

¡Muy importante! La temperatura la vamos a medir en \displaystyle \left[ {}^\circ K \right] grados Kelvin, y el volumen en \displaystyle \left[ {{m}^{3}} \right]

Te podría decir que hasta acá hemos comprendido la teoría que nos importa o interesa, pero para entender la teoría hay que apoyarnos sin duda de la práctica, es por ello que vamos a ver algunos ejemplos relacionados a esta ley, no sin antes ver como se comporta la Ley de Charles en una gráfica.

En los siguientes enlaces encontraras mas información http://www.educaplus.org/gases/ley_charles.html

http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ciencias/gases/html/contenido_07.html

Tomado de:

http://www.fisimat.com.mx/ley-de-charles/

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