Lei de Charles

Definição

A lei de Charles é uma lei de gás que afirma que os gases se expandem quando aquecidos.

A lei também é conhecida como lei dos volumes.

A lei leva o nome do cientista e inventor francês Jacques Charles, que a formulou na década de 1780.

História

O físico francês Jacques Charles (1746 – 1823) estudou o efeito da temperatura no volume de um gás a pressão constante.

A lei de Charles afirma que o volume de uma dada massa de gás varia diretamente com a temperatura absoluta do gás quando a pressão é mantida constante.

A temperatura absoluta é a temperatura medida com a escala Kelvin.

A escala Kelvin deve ser usada porque zero na escala Kelvin corresponde a uma parada completa do movimento molecular.

O que é

A lei de Charles descreve a relação entre volume e temperatura de um gás.

A lei foi creditada ao cientista francês Jacques Charles pelo químico Joseph Louis Gay-Lussac, também da França.

Simplificando, se a pressão permanecer constante, o volume de um gás dividido por sua temperatura é igual a uma constante.

Pode ser deduzido da equação ideal do gás, PV = nRT, onde P é a pressão, V é o volume, n é o número de moles de gás, R é a constante ideal de gás e T é a temperatura de Kelvin.

Reescrevendo a equação, V/T = (nR/P).

Como P é constante, V/T = (constante).

Como a razão é igual a uma constante, V/T = K, uma nova temperatura e volume para o mesmo gás pode ser escrita V₁/T₁=K,, levando a V/T= V₁/T₁.

Embora essa relação física seja verdadeira para um gás ideal, o desvio matemático ocorre no mundo real, pois o tamanho das partículas e as forças interativas não foram contabilizadas. No entanto, se a temperatura for alta e a pressão baixa, o volume de partículas se torna sem importância.

Da mesma forma, como a pressão é baixa, as partículas estão distantes. Isso diminui a interação da força entre as partículas, que diminui com o quadrado da distância, tornando-a insignificante.

Embora a lei de Charles seja simples, ela explica muitas observações cotidianas. O fermento na massa libera pequenas bolhas de gás dióxido de carbono. Assar essa massa expande as bolhas, dando bolos mais leves e macios.

O aquecimento da água em uma caldeira produz vapor expansivo, usado para acionar motores a vapor e manter as salas de aula quentes.

O motor de automóvel a gasolina queima combustível, produzindo um tremendo calor que expande os gases de combustão para acionar os pistões que giram o eixo de manivela e acionam o veículo.

A lei de Charles também é demonstrada sempre que uma pessoa abre uma garrafa ou uma lata de cerveja ou refrigerante. Os recipientes dessas bebidas pressurizam dióxido de carbono dentro delas.

Se uma lata ou garrafa de bebida estiver fria, abrir a parte superior resultará em muito pouca expansão de gás. Com a mesma bebida em uma temperatura quente, o gás dióxido de carbono se expandirá em um grau muito maior.

Isso pode fazer com que alguns conteúdos sejam atirados para fora da lata e para o consumidor.

Outra aplicação simples na qual a lei de Charles pode lançar alguma luz é o preenchimento de um balão.

Volume (V), densidade (D) e massa (M) obedecem à relação, D = M/V.

A reorganização fornece V = M/D.

Substituindo isso na lei de Charles V/T = (constante) dá M/DT = (constante). Essa modificação da lei diz que, se um balão for preenchido com gás, e a temperatura diminuir, a densidade aumentará.

Se o balão atingir um ponto em que o ar externo tenha uma densidade semelhante à do interior do balão, ele não subirá mais.

Fórmula e explicação da lei de Charles

A lei de Charles é um caso especial da lei do gás ideal.

Ele afirma que o volume de uma massa fixa de um gás é diretamente proporcional à temperatura.

Esta lei se aplica aos gases ideais mantidos a uma pressão constante, onde apenas o volume e a temperatura podem mudar.

A lei de Charles é expressa como:

V_i/T_i = V_f/T_f

Onde

V_i = volume inicial
T_i = temperatura absoluta inicial
V_f = volume final
T_f = temperatura absoluta final

É extremamente importante lembrar que as temperaturas são temperaturas absolutas medidas em Kelvin, NÃO °C ou °F.

Fonte: chem.libretexts.org/www.wisegeek.org/www.thoughtco.com/ch301.cm.utexas.edu/www.scientificamerican.com/www.iun.edu/www.lexico.com/www.universetoday.com