En el contexto de la física de los gases, la Ley de Gay-Lussac desempeña un papel esencial. Esta ley, formulada por el científico francés Joseph Louis Gay-Lussac a principios del siglo XIX, establece una relación fundamental entre la presión y la temperatura de un gas a volumen constante.
La ley de Gay-Lussac es una de las leyes de los gases que relaciona la presión de un gas con la temperatura a volumen constante. En su enunciado, esta ley establece que el volumen de una cantidad de gas aumenta o disminuye proporcionalmente a su temperatura si el volumen se mantiene constante (proceso isocórico).
Fórmula de la ley de Gay-Lussac
La fórmula de la ley de Gay-Lussac que relación la presión y la temperatura de un gas es:
P1 / T1 = P2 / T2
Donde
- P1 es la presión inicial.
- P2 es la presión final.
- T1 es la temperatura inicial absoluta.
- T2 es la temperatura final absoluta.
Esta fórmula establece que la relación entre la presión y la temperatura de un gas, a volumen constante, es una relación directamente proporcional. En otras palabras, si la temperatura de un gas aumenta, su presión también aumenta, y si la temperatura disminuye, la presión del gas disminuye, siempre que el volumen del gas se mantenga constante.
Importancia en la termodinámica de gases
La ley de Gay-Lussac es de gran importancia en la termodinámica de gases por varias razones:
- Ley de los gases ideales: La ley de Gay-Lussac es una de las ecuaciones que forman parte de la ecuación general de los gases ideales, que relaciona la presión, el volumen, la cantidad de sustancia y la temperatura de un gas. La ecuación de los gases ideales es PV=nRT, donde P es la presión, V es el volumen, n es la cantidad de sustancia, R es la constante de los gases y T es la temperatura en kelvin.
- Procesos de compresión y expansión: la ley de Charles y Gay-Lussac es fundamental para entender cómo los gases se comportan durante procesos de compresión y expansión, como los que ocurren en motores de combustión interna y sistemas de refrigeración.
- Seguridad en la industria: En aplicaciones industriales, es crucial para garantizar la seguridad en sistemas que manejan gases a diferentes temperaturas y presiones.
- Investigación y desarrollo tecnológico: Los científicos e ingenieros utilizan esta ley en la investigación y el desarrollo de tecnologías que involucran gases. Desde el diseño de reactores nucleares hasta la construcción de sistemas de propulsión.
Historia y contexto
Joseph Louis Gay-Lussac, un distinguido químico y físico francés, formuló su ley en 1802 como parte de sus investigaciones sobre el comportamiento de los gases.
En este período de tiempo, los científicos estaban profundamente interesados en comprender cómo los gases se comportaban a diferentes temperaturas y presiones, ya que esta información tenía aplicaciones significativas en campos como la química, la ingeniería y la industria.
Antes de la formulación de la Ley de Gay-Lussac, otras leyes importantes que gobernaban el comportamiento de los gases, como la ley de Boyle-Mariotte y la ley de Charles, ya se habían establecido.
Por un lado, la Ley de Boyle-Mariotte establece que, a temperatura constante, la presión de un gas es inversamente proporcional a su volumen. Por otro lado, la ley de Charles, en cambio, establece que, a presión constante, el volumen de un gas es directamente proporcional a su temperatura en grados Celsius (°C).
La contribución de Gay-Lussac radica en su observación de que la presión y la temperatura de un gas estaban estrechamente relacionadas, y esta relación se mantendría constante en una amplia gama de condiciones.
Descubridor y nombre de la ley
Antes de la formulación de esta ley fue descubierta por Guillaume Amontons y Jaques Charles. El físico italiano Alessandro Volta también realizó investigaciones similares en 1791 sobre la expansión de los gases.
La ley toma su nombre del físico-químico francés Joseph Louis Gay-Lussac porqué fue quien la formuló y anunció en 1802.
En ocasiones también se utiliza el nombre de Gay-Lussac para referirse a la ley de Charles que relaciona el volumen y la temperatura de un gas a presión constante. En realidad, Louis Joseph Gay-Lussac anunció la ley de Charles en 1802, mientras que Jacques Charles la había descubierto 15 años antes, en 1787.
La ley de Charles establece que el volumen de un gas es directamente proporcional a su temperatura absoluta si se mantiene constante la presión.
Explicación física de la ley
Esta relación se explica por el hecho que al aumentar la temperatura del gas, sus moléculas se mueven más rápido, lo que implica un aumento de la energía cinética.
Al aumentar la velocidad de estas partículas, aumentan el número de choques contra las paredes del recipiente. A medida que baja la temperatura, las moléculas se ralentizan y reducen los choques contra las paredes.
Para comprobar esta relación, Gay-Lussac puso gas en un recipiente cerrado. A continuación colocó una fuente de calor debajo del recipiente, calentó el gas y vio que la presión contra las paredes del recipiente aumentaba.
Cuando retiró la fuente de calor, la presión que ejercía el gas sobre las paredes del contenedor comenzó a descender hasta alcanzar su estado inicial.
