Relación entre Temperatura y Volumen de los gases: Ley de Charles
Summary
TLDREn este video se explica la ley de Charles, que establece la relación proporcional entre el volumen y la temperatura de un gas a presión constante. Se presentan ejemplos prácticos, como el calentamiento y enfriamiento de un gas en una botella con un globo, para mostrar cómo al aumentar la temperatura, el volumen también aumenta, y viceversa. Además, se resuelven problemas aplicando la fórmula de la ley de Charles, subrayando la importancia de utilizar la escala Kelvin para la temperatura. El video concluye con ejemplos matemáticos que refuerzan estos conceptos.
Takeaways
- 😀 La teoría cinético-molecular indica que la energía cinética promedio de las moléculas de un gas es directamente proporcional a su temperatura.
- 💨 A mayor temperatura, mayor es la energía cinética y las moléculas del gas se mueven más rápido.
- 🔥 La ley de Charles establece que, a presión constante, el volumen de un gas es directamente proporcional a su temperatura absoluta.
- 🐕 Un ejemplo cotidiano: cuando un perro lleno de energía corre en todas direcciones, ocupa más espacio, similar a un gas cuando se calienta.
- 🧪 Un experimento básico muestra cómo un globo se infla al calentar el gas dentro de una botella y se desinfla al enfriarlo.
- 📏 La ley de Charles se puede representar matemáticamente como V1/T1 = V2/T2, donde V es el volumen y T la temperatura.
- 📉 Para aplicar la ley de Charles, la temperatura debe expresarse en grados Kelvin (K).
- 📚 Ejemplo de problema 1: Al calentar metano de 25°C a 88°C, su volumen aumenta, confirmando la relación proporcional entre temperatura y volumen.
- 🔧 Para transformar grados centígrados a Kelvin, se suma 273.
- 📖 Ejemplo de problema 2: Para reducir el volumen de un gas, es necesario disminuir la temperatura. Aplicando la fórmula y las conversiones, se resuelve el problema fácilmente.
Q & A
¿Qué ley física se explica en el guion proporcionado?
-El guion explica la ley de Charles, que establece la relación directa entre el volumen de un gas y su temperatura a presión constante.
¿Cuál es la proporción que describe la ley de Charles?
-La ley de Charles establece que el volumen de un gas es directamente proporcional a su temperatura absoluta, a presión constante.
¿Cómo se relaciona el aumento de temperatura con el volumen de un gas según la ley de Charles?
-Según la ley de Charles, si la temperatura de un gas aumenta, su volumen también aumenta, siempre que la presión se mantenga constante.
¿Qué ejemplo se utiliza en el guion para ilustrar cómo funciona la ley de Charles?
-Se utiliza el ejemplo de un perro que corre con energía en un estacionamiento, ilustrando cómo los gases ocupan más espacio cuando están calientes y en movimiento.
¿Qué tres condiciones son necesarias para que la ley de Charles se aplique?
-La presión debe mantenerse constante, la cantidad de gas debe permanecer constante y la temperatura debe estar en Kelvin.
¿Cuál es la fórmula que representa la ley de Charles?
-La fórmula que representa la ley de Charles es V1/T1 = V2/T2, donde V1 y T1 son el volumen y la temperatura iniciales, y V2 y T2 son el volumen y la temperatura finales.
¿Cómo se convierte una temperatura de grados centígrados a Kelvin?
-Para convertir una temperatura de grados centígrados a Kelvin, se le suma 273 al valor en centígrados.
¿Cuál es la importancia de mantener las unidades consistentes en las ecuaciones de la ley de Charles?
-Es crucial mantener las unidades consistentes, ya que permite eliminar las unidades en las ecuaciones y obtener resultados válidos.
¿Cómo se resuelve el problema 1 del guion, que involucra un volumen de metano que se calienta?
-Se utiliza la ley de Charles para calcular el nuevo volumen del metano al aumentar su temperatura de 25 a 88 grados centígrados, encontrando un volumen final de 44.1 litros.
¿Qué se busca en el problema 2 del guion, que trata sobre hidrógeno en un volumen de 9.1 litros?
-Se busca la temperatura final a la que se debe reducir el hidrógeno para que su volumen disminuya a 5.5 litros, encontrándose que es necesario alcanzar una temperatura de 12 grados centígrados.
Outlines
📚 Introducción a la ley de Charles y conceptos previos
El video comienza con una introducción a la ley de Charles, enfatizando que es fácil de entender. Se recuerdan conceptos básicos como la separación de moléculas en gases y cómo estas se mueven rápidamente en todas direcciones. Se explica la relación entre la temperatura y la energía cinética de las moléculas, señalando que cuando un gas se calienta, sus moléculas se mueven más rápido y ocupan más volumen. Se hace una analogía con un perro que, al tener energía, ocupa más espacio al moverse. Luego, se establece la ley de Charles: a presión constante, el volumen de un gas es directamente proporcional a su temperatura absoluta.
🔬 Experimento de la botella y el globo para demostrar la ley de Charles
Se presenta un experimento para ilustrar la ley de Charles, usando una botella cerrada con un globo. Cuando la botella es colocada en agua caliente, el globo se infla debido al aumento de la temperatura, lo que causa que las moléculas del gas se muevan más rápido y ocupen mayor volumen. Luego, al introducir la botella en agua fría, el globo se desinfla porque las moléculas pierden energía y se mueven menos, ocupando un menor volumen. Esto demuestra la relación directa entre la temperatura y el volumen de un gas según la ley de Charles.
📏 Resolviendo un problema utilizando la fórmula de la ley de Charles
Se resuelve un problema sobre cómo calcular el volumen final de un gas al aumentar su temperatura. Se nos da un volumen inicial de 36.4 litros de metano y una temperatura que pasa de 25°C a 88°C. Primero, se convierte la temperatura a Kelvin, luego se usa la fórmula de la ley de Charles, despejando el volumen final. Al realizar los cálculos, se confirma que el volumen aumenta como se esperaba, siendo el resultado final 44.1 litros.
🧮 Segundo problema: Encontrar la temperatura necesaria para reducir el volumen
El segundo problema plantea cómo reducir el volumen de una muestra de hidrógeno de 9.1 litros a 5.5 litros. Se nos da la temperatura inicial de 198°C, que se convierte a Kelvin. Luego, se reorganiza la fórmula de la ley de Charles para despejar la temperatura final, encontrando que esta es de 285 Kelvin. Al convertir a grados centígrados, se obtiene un resultado final de 12°C, confirmando que al reducir la temperatura, también se reduce el volumen.
🔚 Conclusión y despedida
El video concluye reiterando cómo se ha demostrado experimental y matemáticamente la ley de Charles. Se hace una breve reflexión sobre lo aprendido y se agradece a los espectadores, anunciando que pronto habrá más contenido en el canal.
Mindmap
Keywords
💡Ley de Charles
💡Moléculas de gas
💡Energía cinética
💡Presión constante
💡Temperatura absoluta
💡Transformación de unidades
💡Botella con globo
💡Masa definida de gas
💡Problema práctico
💡Conversión de Kelvin a Celsius
Highlights
Introducción a la ley de Charles, explicando la relación entre temperatura y volumen de un gas.
Descripción de las propiedades básicas de las moléculas de gas, como su rápida movilidad y separación.
Relación entre la energía cinética de las moléculas de gas y su temperatura.
Explicación sobre cómo, al calentar un gas, sus moléculas ocupan un volumen mayor, ejemplificado con un perro en un parque.
Presentación de la fórmula de la ley de Charles: V1/T1 = V2/T2.
Demostración experimental utilizando una botella y un globo para observar el cambio de volumen al variar la temperatura.
Explicación de cómo las moléculas se mueven más rápido cuando se calientan, inflando el globo, y cómo se desinflan al enfriarse.
Importancia de mantener la presión constante y la cantidad de gas constante para que se aplique la ley de Charles.
Necesidad de usar la temperatura en unidades Kelvin para aplicar correctamente la ley de Charles.
Aplicación de la ley de Charles para resolver problemas de cambio de volumen y temperatura de un gas.
Cálculo de un ejemplo donde un gas de metano se calienta de 25°C a 88°C, aumentando su volumen a 44.1 litros.
Demostración de cómo despejar la variable V2 en la fórmula de la ley de Charles para calcular el volumen final.
Conversión de grados centígrados a Kelvin usando la fórmula T(K) = T(°C) + 273.
Resolución de un segundo problema: reducción del volumen de hidrógeno al disminuir la temperatura.
Truco matemático para invertir la fórmula de la ley de Charles y simplificar el cálculo de la temperatura final.
Transcripts
hola a todos bienvenidos al fin entendí
hoy estudiaremos la ley de charles es
súper fácil de entender pero primero
recordemos un par de cosas rápido para
este momento creo ya tenemos muy
presente que las moléculas de un gas se
encuentran muy separadas entre ellas
además se están moviendo rapidísimo en
todas las direcciones bueno tal vez
también recordarás que la teoría
cinético molecular nos dice que la
energía cinética promedio de las
moléculas de un gas es directamente
proporcional a su temperatura en el
mainz es decir entre mayor sea la
temperatura de un gas mayor es su
energía cinética o en otras palabras
entre más se calienta el gas más rápido
se mueven sus moléculas y por qué
tenemos que tener esto en mente porque
la ley de charles nos habla de la
relación que existe entre la temperatura
y el volumen de un gas que no es muy
difícil de imaginar si uno calienta un
gas sus moléculas se mueven más rápido
por lo tanto pueden ocupar un volumen
mucho mayor como cuando sacas a tu
perrito a pasear
vas con él a un parking y trae mucha
energía que los perritos siempre están
llenos de energía por eso son geniales
pues él va andar feliz corriendo a todos
lados o sea va a ocupar un gran espacio
entonces la ley de charles la podemos
denunciar así a presión constante el
volumen que ocupa una masa definida de
gas es directamente proporcional a su
temperatura absoluta vamos a entenderlo
un poco mejor con este sencillo
experimento aquí tengo una masa definida
de gas dentro de una botella cerrada con
un globo porque la masa es definida
porque el gas no puede escapar es decir
que la cantidad de moles del gas va a
permanecer constante durante todo el
experimento ahora según la ley de
charles si yo aumento la temperatura de
este gas su volumen también tiene que
aumentar bueno pues para eso vamos a
introducir la botella en un baño de agua
caliente
y podemos ver que inmediatamente se
infla el globo porque el gas se está
calentando entonces sus moléculas se
están moviendo más rápido y eso es lo
que provoca que ocupen un volumen mayor
y ahora vamos a hacer lo contrario vamos
a introducir la botella en un baño de
agua fría
luego luego se desinfla el logo porque
ahora las moléculas tienen menos energía
se mueven menos y entonces el volumen
que ocupan es mucho menor y esto es en
esencia la ley de charles la relación
proporcional entre temperatura y volumen
si yo aumento la temperatura el volumen
también o si se disminuye la temperatura
el volumen también disminuye
y al igual que la ley de boyle se podía
aplicar con una sencilla fórmula la ley
de charles también en este caso
comúnmente decimos que el volumen 1
entre la temperatura 1 es igual al
volumen 2 entre la temperatura 2 el 1 y
el 2 nuevamente únicamente hacen
referencia a las condiciones iniciales y
finales del gas con los problemas que
haremos quedará más claro cómo usarla
sólo que antes de ver los problemas
tengo que comentar algo para que esta
ley aplique se necesitan tres cosas que
la presión se mantenga constante que la
cantidad de gas se mantenga constante y
sobre todo que la temperatura esté en el
vino
en que el vino no infringe y no ven
centígrados en que el vince lo repito
bastante porque es el error más común
que se comete en este tema pero si ya te
lo grabaste ahora sí vamos a ver los
problemas
[Música]
problema 1 y un volumen de
36.4 litros de metano gaseoso se
calienta de 25 grados a 88 grados
centígrados cuál es el volumen final del
gas es un problema bastante sencillo la
verdad no hay mucho que analizar
simplemente se está cambiando la
temperatura del gas pero de igual manera
lo primero que recomiendo es que leamos
bien para identificar los datos que
tenemos nos dice que tenemos una muestra
de metano que ocupa
36.4 litros esto podemos tomarlo como el
volumen 1 ya que es el punto inicial de
la muestra y nos menciona que la
temperatura se aumenta desde 25 grados
centígrados esta sería la temperatura 1
hasta 88 grados centígrados lo que viene
siendo la temperatura 2
y con estos datos lo que tenemos que
calcular es el volumen final es decir el
volumen 2 que aunque no hayamos hecho
ningún cálculo todavía mínimo podemos
saber que este volumen 2 tiene que ser
mayor que el 1 de acuerdo a lo que nos
dice la ley de charles si en este
problema estamos aumentando la
temperatura pues lo esperado es que
aumente también el volumen entonces
vamos a confirmarlo con los cálculos
para eso primero hay que asegurarnos de
tener las unidades correctas como
mencioné antes la temperatura tiene que
estar en que el vince no hay de otra si
te preguntas por qué es una explicación
un poco larga que merecería otro vídeo
probablemente lo hagamos luego pero por
ahora nos basta con saber que para
cambiar de grados centígrados a kelvin
podemos usar esta fórmula en cambio con
el volumen podemos ser más flexibles
podemos usar litros centímetros cúbicos
galones lo que sea siempre y cuando el
volumen 1 y el volumen 2 estén en las
mismas unidades
siempre deben coincidir para que se
puedan eliminar
regresando el problema tanto la
temperatura 1 como la 2 están en grados
centígrados entonces hay que transformar
ambas simplemente tomamos el valor en
centígrados y le sumamos 273 por lo
tanto la temperatura 1 nos queda como
298 kelvin y la temperatura dos como 361
que el vince y el volumen 1 lo podemos
dejar así en litros no hay ningún
problema entonces con estos datos nuevos
de temperatura ya podemos pasar a la ley
de charles ésta nos dice que el volumen
1 / temperatura 1 es igual al volumen 2
/ temperatura 2 como nosotros estamos
buscando el volumen 2 pues tenemos que
despejar lo entonces lo primero sería
pasar la temperatura 2 al otro lado
porque es la que nos está estorbando
aquí y como vemos que está dividiendo al
otro lado pasaría multiplicando y eso
nos dejaría que el volumen 2 es igual a
temperatura 2 por volumen 1
/ temperatura 1 así de fácil y así de
sencillo ya sólo es cuestión de
sustituir valores en la temperatura 2 es
de 361 kelvin por el volumen 1 de 36.4
litros y esto entre 298 o sea entre la
temperatura 1 por lo tanto el volumen 2
es igual a
44.1 litros con esto confirmamos que el
volumen efectivamente aumentó al
aumentar la temperatura
ahora qué les parece si hacemos un
problema un poco diferente problema 2
una muestra de hidrógeno ocupa un
volumen de 9.1 litros a 198 grados
centígrados asumiendo que la presión se
mantiene constante de temperatura en
grados centígrados se necesita para
reducir su volumen hasta 5.5 litros este
problema también es sencillo todo en
este canal es sencillo pero bueno
primero identifiquemos nuestros datos
nos dice que una muestra de gas tiene un
volumen de 9.1 litros a 198 grados eso
lo podemos considerar nuestras
condiciones iniciales volumen 1 y
temperatura 1 lo que necesitamos saber
es hasta qué temperatura debemos llegar
para que el volumen se reduzca a 5.5
litros
entonces estamos buscando la temperatura
2 aunque por lo menos hasta ahora ya
sabemos que tiene que ser una
temperatura menor porque el volumen 2 es
más pequeño
pero bueno empecemos lo primero
cambiemos la temperatura 1 a las
unidades correctas o sea aquel vince
para eso de nuevo a los grados
centígrados les tenemos que sumar 273 y
nos quedaría como 471 kelvin ahora vamos
con la ley de charles la fórmula que
hasta ahora les mostré nos dice que
volumen 1 / temperatura 1 es igual a
volumen 2 / temperatura 2 como aquí lo
que estamos buscando es la temperatura 2
tendríamos que despejar la desde aquí
pero en mi experiencia a muchos alumnos
se les complica despejar la variable que
está en el denominador o sea en la parte
de abajo entonces un truco matemático
que podemos hacer con la ley de charles
es invertir la o sea que nos quede
temperatura 1 / volumen 1 es igual a
temperatura 2 / volumen 2
y esto es exactamente lo mismo
matemáticamente hablando de hecho a
veces encontramos las dos versiones como
la ley de charles y es totalmente válido
y tal vez con esto ahora se te haga más
sencillo ver cómo podemos despejar la
temperatura 2 que podemos notar que solo
nos estorba el volumen 2 y cómo está
dividiendo pues pasaría multiplicando al
otro lado
entonces la temperatura 2 es igual a
temperatura 1 por volumen 2 / el volumen
1
y con esto ya sólo nos quedaría
sustituir los datos por lo tanto la
temperatura es igual a 471 kelvin por
5.9 litros entre 9.1 litros y esto nos
resulta en 285 kelvin es
perfecto ya encontramos la temperatura 2
pero el problema nos pedía esta
temperatura en grados centígrados
entonces ya que usamos la ley de charles
ya que pasó la parte obligatoria de
kelvin ahora si sencillamente podemos
transformar a grados centígrados y para
eso sería lo contrario que los casos
pasados a los grados kelvin le restamos
273 y eso nos queda en grados
centígrados por lo tanto
285 que lynch menos 273 nos queda en 12
grados centígrados este sería el
resultado final con esto en casi 11
minutos ya pudimos confirmar
matemáticamente y experimentalmente
la ley de chávez
muchas gracias nos vemos en el siguiente
vídeo
[Música]
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