TEMAS DE FISICA

Robert Boyle,

(  25 de Enero de 1627 - Londres, 30 de Diciembre de 1691). Fue un filósofo natural, químico, físico e inventor irlandés, también conocido por sus escritos sobre teología. Se le conoce principalmente por la formulación de la ley de Boyle. ^[]Es ampliamente considerado hoy como el primer químico moderno, y por lo tanto uno de los fundadores de la química moderna, a pesar de que su investigación y su filosofía personal tuvieron claramente sus raíces en la tradición alquímica.

Biografía

  Robert Boyle nació en el Castillo de Lismore, en el condado de Waterford, Irlanda, en 1627. Fue el decimocuarto hijo de un total de quince del aristócrata inglés Richard Boyle, primer conde de Cork, y Catherine Fenton, su segunda esposa. Richard Boyle había llegado a Irlanda en 1588, dedicándose a la política y a la industria, y para cuando nació Robert ya poseía grandes extensiones de tierras y apuntaba en la administración, en la que llegó a Lord Tesorero del Reino de Irlanda. Aún niño, Robert aprendió a hablar latín, griego y francés, siendo enviado, tras la muerte de su madre, con tan sólo ocho años al colegio de Eton, del cual era director el amigo de su padre Sir Henry Wotton. A los 15 años partió de viaje con un tutor francés. 

 

 

Edme Mariote

(Francia, 1620-París, 1684) Físico francés. Padre prior del monasterio de Saint-Martin-sous-Beaune, fue miembro fundador en 1666 de la Academia de las Ciencias de París. En su obra Discurso sobre la naturaleza del aire introdujo la posibilidad de pronosticar el tiempo atmosférico basándose en las variaciones barométricas. En 1676 formuló la ley de Boyle de forma independiente y más completa que éste, al establecer que la presión y el volumen de un gas son inversamente proporcionales si se mantiene constante su temperatura, principio que actualmente se conoce como ley de Boyle-Mariotte. En sus estudios acerca de la fisiología de las plantas, observó que en éstas la presión de la savia podría compararse a la de la sangre en los animales.

 

Ley de Boyle y Mariotte

Formulada por Robert Boyle y Edme  Mariote, es una de las leyes de los gases ideales que relaciona el volumen y la presión de una cierta cantidad de gas mantenida a temperatura constante. La ley dice que el volumen es inversamente proporcional a la presión: PV=k

Donde   es constante si la temperatura y la masa del gas permanecen constantes.

Cuando aumenta la presión, el volumen disminuye, mientras que si la presión disminuye el volumen aumenta. El valor exacto de la constante k no es necesario conocerlo para poder hacer uso de la Ley; si consideramos las dos situaciones de la figura, manteniendo constante la cantidad de gas y la temperatura, deberá cumplirse la relación:

  LA FORMULA: C = P x V

C = constante
P = presión absoluta
V = volumen

También puede ser formulada de la siguiente forma: Pi x Vi = Pf x Vf

Pi , Vi = presión y volumen iniciales
Pf , Vf = presión y volumen finales

EJEMPLO:

Ejemplo 1) Calcular la capacidad de una botella de 12 litros cargada a 200 atmósferas.

K=200x12=2400litros

Ejemplo 2) Calcular la capacidad de una botella de 18 litros cargada a 120 atmósferas.

K=120x18=2160litros

Ejemplo 3) Calcular que botella/s (cargada/s a 200 bar) nos hará falta en una inmersión que hemos calculado un consumo de 2.400 litros. A) Utilizando la reserva.

B) Sin llegar a utilizar la reserva
 

V=K/Pc

A) V=2400/200=12litros

B) Teniendo en cuenta que la reserva son de 50 bar. V = 2400 / (200-50) = 16 litros

LEY DE CHARLES

Relación entre la temperatura y el volumen de un gas cuando la presión es constante

En 1787, Jack Charles estudió por primera vez la relación entre el volumen y la temperatura de una muestra de gas a presión constante y observó que cuando se aumentaba la temperatura el volumen del gas también aumentaba y que al enfriar el volumen disminuía.

FORMULA:        

 

Ejemplo:

Un gas tiene un volumen de 2.5 L a 25 °C. ¿Cuál será su nuevo volumen si bajamos la temperatura a 10 °C?

Recuerda que en estos ejercicios siempre hay que usar la escala Kelvin.

Solución: Primero expresamos la temperatura en kelvin:

T₁ = (25 + 273) K= 298 K

T₂ = (10 + 273) K= 283 K

Ahora sustituimos los datos en la ecuación:           

2.5L		V2
-----	=	-----
298 K		283 K

Si despejas V₂ obtendrás un valor para el nuevo volumen de 2.37 L.

LEY DE GAY-LUSSAC

Relación entre la presión y la temperatura de un gas cuando el volumen es constante

Fue enunciada por Joseph Louis Gay-Lussac a principios de 1800.
Establece la relación entre la temperatura y la presión de un gas cuando el volumen es constante.

Ley:

La presión del gas es directamente proporcional a su temperatura:

•Si aumentamos la temperatura, aumentará la presión.
•Si disminuimos la temperatura, disminuirá la presión.

¿Por qué ocurre esto?

Al aumentar la temperatura las moléculas del gas se mueven más rápidamente y por tanto aumenta el número de choques contra las paredes, es decir aumenta la presión ya que el recipiente es de paredes fijas y su volumen no puede cambiar.

Gay-Lussac descubrió que, en cualquier momento de este proceso, el cociente entre la presión y la temperatura siempre tenía el mismo valor:

(el cociente entre la presión y la temperatura es constante)

Supongamos que tenemos un gas que se encuentra a una presión P₁ y a una temperatura T₁ al comienzo del experimento. Si variamos la temperatura hasta un nuevo valor T₂, entonces la presión cambiará a P₂, y se cumplirá:

 

Que es otra manera de expresar la ley de Gay-Lussac.

Esta ley, al igual que la de Charles, está expresada en función de la temperatura absoluta. Al igual que en la ley de Charles, las temperaturas han de expresarse en Kelvin.

Ejemplo:

Cierto volumen de un gas se encuentra a una presión de 970 mmHg cuando su temperatura es de 25.0°C. ¿A qué temperatura deberá estar para que su presión sea 760 mmHg?

Solución: Primero expresamos la temperatura en kelvin:

T₁ = (25 + 273) K= 298 K

Ahora sustituimos los datos en la ecuación:              

970 mmHg		760 mmHg
------------	=	------------
298 K		T2

Si despejas T₂ obtendrás que la nueva temperatura deberá ser 233.5 K o lo que es lo mismo -39.5 °C.

GAY-LUSSAC