La Llei de Charles i Gay-Lussac, o simplement Llei de Charles, és una de les lleis dels gasos ideals. Relaciona el volum i la temperatura d’una certa quantitat de gas ideal, mantingut a una pressió constant, mitjançant una constant de proporcionalitat directa k. En aquesta llei, Charles diu que per a una certa quantitat de gas a una pressió constant, a l’augmentar la temperatura, el volum de gas augmenta i a l’disminuir la temperatura el volum de gas disminueix.
Quan augmentem la temperatura d’un gas les molècules es mouen amb més rapidesa i triguen menys temps a arribar a les parets de l’recipient. Això vol dir que el nombre de xocs per unitat de temps serà més gran. És a dir es produirà un augment (per un instant) de la pressió a l’interior de l’recipient i augmentarà el volum.
La llei va ser publicada primer per Louis Joseph Gay- Lussac en 1802, però feia referència a la feina no publicat de Jacques Charles, d’al voltant de 1787, el que va conduir al fet que la llei sigui usualment atribuïda a Charles. La relació havia estat anticipada anteriorment en els treballs de Guillaume Amontons en 1702.
D’altra banda, Gay-Lussac va relacionar la pressió i la temperatura com magnituds directament proporcionals a la anomenada “la segona llei de Gay-Lussac”.
el que Charles va descobrir és que si la quantitat de gas i la pressió romanen constants, el quocient entre el volum i la temperatura sempre té el mateix valor.
Matemàticament podem expressar-ho així:
V / T = K
On:
V = Volum
T = Temperatura Absoluta (en Kelvin)
k = Constant de proporcionalitat
Suposem que tenim un cert volum de gas V1 que es troba a una temperatura T1 a l’començament de l’experiment. Si variem el volum de gas fins a un nou valor V2, i ntonces la temperatura canviarà a T2, i es complirà:
V1 / T1 = V2 / T2
aquesta és una altra manera d’expressar la llei de Charles.
aquesta llei es descobreix gairebé cent quaranta anys després de la de Boyle causa de que quan Charles la va enunciar es va trobar amb l’inconvenient d’haver de relacionar el volum amb la temperatura Celsius ja que encara no existia l’escala absoluta de temperatura.
Experiments de comprovació de la Llei de Charles
En un tub d’assaig es diposita una mica d’aigua i es tapa el tub amb un suro, després es comença a escalfar el tub amb un encenedor, el gas que hi havia dins de l’ tub (el vapor generat per l’aigua i l’aire) exercirà pressió sobre les parets de l’tub d’assaig i el tap de cautxú començarà a expandir-se, la qual cosa provocarà que surti acomiadat i, com a conseqüència, l’alliberament de gas del seu interior.
Per a aquest experiment es necessitarà una ampolla de vidre, un encenedor i un globus de cautxú. A la punta de l’ampolla posarem la boca d’el globus i després escalfarem l’ampolla. Després d’una bona estona el gas s’expandirà fins inflar el globus de cautxú.
En aquest vídeo podrem analitzar detalladament la llei de Charles: