Ley de Charles

En 1787, Jack Charles estudió por primera vez la relación entre el volumen y la temperatura de una muestra de gas a presión constante y observó que cuando se aumentaba la temperatura el volumen del gas también aumentaba y que al enfriar el volumen disminuía.

La ley de Charles se puede ejemplificar con un pistón y un émbolo móvil de flotación libre. El pistón puede tener una cantidad determinada de gas y una presión de 1 atm. Al calentar el gas, las moléculas se mueven más rápido y su energía cinética aumenta; por lo tanto, la cantidad de colisiones por unidad de tiempo también se acrecienta, lo cual produce un aumento en la presión; debido a que el pistón se puede mover libremente, se observa un aumento del volumen debido a la temperatura; de esta manera, la presión puede permanecer con un valor constante de 1 atm (Hein y Arena, 1997).

Supuesto y expresión matemática
Esta ley dice que el volumen de un gas a una presión constante es proporcional a su temperatura.

La expresión matemática de la ley de charles se muestra a continuación:

Vi = Volumen inicial
Ti = Temperatura inicial
Vf = Volumen final
Tf = Temperatura final

Esta fórmula nos indica que, si la temperatura aumenta al doble, el volumen debe acrecentarse en la misma proporción. Otra manera de expresar esta ley es la siguiente: a presión constante, el volumen de una masa fija de cualquier gas es directamente proporcional a la temperatura absoluta, lo cual se expresa de manera matemática como:

V = Volumen del gas
T = Temperatura absoluta del gas
P = Presión

Matemáticamente, la relación anterior nos indica que el volumen de un gas varía de manera directa con la temperatura absoluta, cuando la presión permanece constante. Otra forma de expresar la ecuación de la ley de Charles es: