1 Relacionar los vuelos en globo y la ley de Charles La historia de los globos aerostáticos está muy relacionada con Jacques Charles. Sus estudios permitieron calcular el aumento de volumen que experimentaba un gas cuando se calentaba a una cierta temperatura, manteniéndose a la presión atmosférica. ¿Cómo se controla el vuelo de un globo? • Algunos globos están fabricados con un material flexible. En algunos globos se emplea un gas más ligero que el aire, inicialmente hidrógeno, hoy, helio. • Cuando se calienta, aumenta la temperatura del gas y se expande. Como el globo y su gas están en la atmósfera, el proceso se realiza a presión constante (la presión atmosférica). El volumen y la temperatura son directamente proporcionales (ley de Charles). • El globo, con el gas caliente, es menos denso que el aire, y puede ascender y sostenerse en vuelo. • Para descender, se deja de calentar el gas. Disminuye su temperatura y, con ello, el volumen en la misma proporción. • La densidad del aire del globo va aumentando y puede descender poco a poco. EJEMPLO RESUELTO 4 En nuestra cocina, que está a 30 ºC, tenemos una botella parcialmente llena de agua en cuyo espacio libre quedan 200 mL ocupados por un gas. La metemos en la nevera, donde la temperatura es de 4 ºC. ¿Qué volumen ocupa el gas que hay en la botella? Si la botella es de plástico blando, ¿qué le ocurre? 1. Representa los dos estados del gas con sus magnitudes. p1 = 1 atm V1 = 200 mL T1 = 30 °C p2 = 1 atm V2 = ¿? T2 = 4 °C 2. Identifica la ley a aplicar. Transformación a p = cte., aplica la ley de Charles. V T V T 1 1 2 2 = 3. O pera para despejar T2: V T V T V T V T T V V T 1 1 2 2 1 2 2 1 2 2 1 1 = → ⋅ = ⋅ → = ⋅ 4. A ntes de sustituir los datos, debes expresar todas las cantidades de cada magnitud en las mismas unidades. La temperatura debe estar expresada en kelvin: T1 (K) = T1 (°C) + 273 = 30 °C + 273 = 303 K T2 (K) = T2 (°C) + 273 = 4 °C + 273 = 277 K Aplica la ley de Charles: V T T V 2 2 1 1 = = = ⋅ ⋅ 277 303 200 mL 182,8 mL K K El gas ocupa un volumen menor. Si la botella es de plástico blando, se aplastará. 12 Un globo ocupa un volumen de 1 m3 a la temperatura de 20 °C. Se calienta el gas de su interior hasta 100 °C. ¿Cuál será ahora su volumen si el proceso tuvo lugar a la presión atmosférica? 13 Razona la veracidad de esta frase: «Cuando un gas sufre transformaciones a presión constante, su volumen y su temperatura son directamente proporcionales. Es decir, si su temperatura pasa de 20 °C a 40 °C, su volumen también se duplica». A C T I V I D A D E S 17
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