O que é a lei de Charles?
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 V 1 / T 1 = K, levando a V / T = V 1 / T 1 . 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 a cambota 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) fornece 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.