LEYES DE LOS GASES1- Ley de Boyle-Mariotte

• -Simulación -Ejemplo resuelto• -Experimento casero -Aplicaciones a la vida real: airbag,

buceo2- Ley de Charles

• -Simulación -Ejemplo resuelto• -Experimento casero -Aplicaciones a la vida real: cero

absoluto3- Ley de Gay-Lussac

• -Simulación -Ejemplo resuelto• -Experimento casero -Aplicaciones: neumáticos

lacienciaesdiversion.blogspot.comFrancisco Martínez Salmerón

LEYES DE LOS GASES• Vamos a estudiar la relación entre tres magnitudes

que posee todo gas: presión (P), temperatura (T) y volumen (V).

• Dejamos una magnitud fija y observamos como varían las otras dos. Su estudio se determina por tres leyes:

• Ley de Boyle-Mariotte (T constante)• Ley de Charles (P constante)• Ley de Gay-Lussac (V constante)

Antes de nada, recordemos que significa cada magnitud:• Presión: Relacionado con el número de choques de las

partículas con las paredes del recipiente. A más choques, mayor es la presión. Se mide en Pa (Pascales) en el S.I

• Volumen: Espacio que ocupa un objeto. Recordemos que todo gas se expande por todo el recipiente, así el volumen del recipiente determina su volumen. Se mide en m3 en el S.I

• Temperatura: Medida de la energía interna de una sustancia. A mayor temperatura, nuestras partículas se mueven a mayor velocidad, lo que provoca mas energía interna. Se mide en K (kelvin) en el S.IMi

recordar!

1- Ley de Boyle-Mariotte• Dejamos la temperatura constante• “Para una masa determinada de gas a temperatura constante, el

volumen del gas es inversamente proporcional a su presión”P1 • V1 = P2 • V2

• Pongamos un ejemplo: Tenemos un gas a T constante y aumentamos el V, se producirá una disminución de la P, siendo además inversamente proporcional. Es decir, si aumento el doble el volumen, la presión se reduce a la mitad.

• Es decir, si aumento el doble el volumen, la presión se reduce a la mitad.

• Veamos un ejemplo de simulación y de resolución de un problema.

SIMULACIÓN Como podemos comprobar en la animación, si hundimos el pistón hacia abajo el volumen disminuye pues tenemos menos espacio.

Las moléculas al tener menor espacio de movimiento, chocarán mas veces con las paredes del recipiente lo que provoca un aumento de la presión.

Disminuye la presión, aumenta el volumen, y viceversa.

Ejemplo resuelto• Un globo sonda de 155 L de volumen al nivel del mar (P=

1atm) se deja subir a una altura de 6 km, donde la presión es de 0,38 atm. Suponiendo que la temperatura permanece constante, ¿cuál es el volumen final del globo?.

• P1 = 1 atm P2 = 0,38 atm

• V1 = 155 L V2 = ?

P1 • V1 = P2 • V2

1 atm • 155 L = 0,38 atm • V2

V2 = 408 L

Experimento Ley de Boyle

Una jeringa y un globo

Aplicaciones a la vida real:“Airbag”

El airbag es un ejemplo de aplicación de la ley de Boyle. Este dispositivo está formado por una bolsa la cual se infla rápidamente debido a un golpe. Los vehículos disponen de unos dispositivos que al detectar un golpe provocan una reacción química entre dos componentes lo cual provoca la formación de nitrógeno (gas), responsable de inflar el globo. El truco consiste en la diferencia de presión. En el interior la presión es mucho mas elevada que al salir el gas, de esta manera al salir disparado el gas, la presión disminuye drásticamente, aumentando muy rápidamente el volumen, lo cual provoca que se infle la bolsa en tan poco tiempo (0,15 segundos)

Aplicaciones a la vida real:“Buceo”

• Al bucear, aumenta la presión pues tenemos mas líquido encima de nosotros. Esto provoca que el aire de nuestra bombona sufra una disminución de volumen (no de cantidad).

• Por la tanto para poder llenar nuestros pulmones (recordar que son como una bolsa) necesitamos mas oxígeno.

• Los fabricantes de bombonas para buceo, tienen en cuenta este hecho, de tal manera que están catalogadas según los metros de profundidad

2- Ley de Charles

• Dejamos la presión constante• “Para una masa determinada de gas a presión

constante, el volumen del gas es directamente proporcional a su temperatura”

• Es decir, si aumentamos la temperatura, el volumen subirá también. Veámoslo con una simulación

SIMULACIÓNPara mantener la presión constante no ejercemos ninguna fuerza sobre el pistón.

Calentamos y comprobamos como el gas ejerce una fuerza hacia arriba aumentando su volumen.

Las partículas al poseer mas energía, se mueven mas rápido ocupando mas espacio.

A mayor temperatura, mayor es el volumen, y viceversa.

Ejemplo resuelto• Tenemos 1,5 L de un gas a 308 K. Si trabajamos a presión

constante. ¿Qué temperatura es necesaria para que este gas se expanda 2,6 L?

• V1 = 1,5 L V2 = 2,6 L

• T1 = 308 K T2 = ?

V1 / T1 = V2 / T2

1,5 L / 308 K = 2,6 L/ T2

T2 = 534 K

Experimento Ley de Charles

Inflar un globo sin soplar

Aplicaciones Ley de Charles“Cero absoluto”

• Mediante la Ley de Charles fue como se averiguó la temperatura mas baja a la que puede estar todo cuerpo, la cual llamamos el cero absoluto (-273.15 ºC, 0 K)

• Para ello Charles realizó un experimento en el que trabajando a presión constante midió diferentes volúmenes a diferentes temperaturas.

• Todos los valores los representó en una gráfica esperando que hubiera alguna relación. Si los valores los extrapolamos al volumen cero, averiguó que para llegar a ese valor, era necesario una temperatura de 0 K.

• Esta demostración, aunque parezca intrascendente, tiene grandes aplicaciones. Es uno de los grandes objetivos de la ciencia, conseguir llegar al cero absoluto.

50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 5500

2

4

6

8

10

12

Relación V-T

T(K) V(L)100 2250 5360 7,2420 8,4480 9,6

0 100 200 300 400 500 6000

2

4

6

8

10

12

Relación V-T

3- Ley de Gay-Lussac• Dejamos el volumen constante• “A una masa determinada de gas, a volumen constante,

la temperatura es directamente proporcional a la presión”

• Es decir, si mantenemos el volumen constante, al aumentar la temperatura se producirá un aumento de la presión y viceversa

SIMULACIÓNDejamos el volumen fijo manteniendo el pistón en su misma posición.

En ambos casos calentamos, pero provocamos un mayor aumento en el recipiente de la derecha.

Al calentar, se produce un aumento de la velocidad de las partículas, lo cual provoca que aumente el número de choques de éstas con las paredes del recipiente, esto se traduce en un aumento de la presión.

De esta forma la presión en el recipiente de la derecha será superior al de la izquierda.

A mayor temperatura, mayor es la presión.

Ejemplo resuelto• Se encierra un gas en un pistón a 1 atm y se calienta desde

293 K hasta 390 K, manteniendo fijo su volumen. Calcula el valor de alcanzará la presión después de calentar.

• P1 = 1 atm P2 = ?

• T1 = 293 K T2 = 390 K

P1 / T1 = P2 / T2

1 atm / 293 K = P2 / 390 K

P2 = 1,33 atm

Aplicaciones a la vida real“Presión de los neumáticos”

• La presión de los neumáticos es un factor muy importante para evitar accidentes. Siempre que midamos esta magnitud las ruedas deben estar frías.

• Si medimos la presión de nuestros neumáticos después de un largo recorrido, marcará mas presión de la que tiene en frío pues la temperatura de los neumáticos es superior.

• Los neumáticos están fabricados de tal manera que tienen en cuenta esta variación interna de presión. También por eso todas las ruedas tienen un intervalo de presión recomendada, no un valor fijo, pues varía al enfriarse y calentarse continuamente.

Experimento Ley de Gay-Lussac

Arreglar pelota de ping pong