¿Qué le sucede a la temperatura cuando aumenta el volumen (ley de Charles)?

Tomemos la ley de Boyle para empezar.

Suposiciones:

  • El gas es perfecto.
  • En un pistón sin masa que se puede expandir sin fricción
  • Adiabático

Si tuviéramos que disminuir el volumen del pistón, la presión en el interior aumentaría porque las moléculas de gas golpearían los lados con más frecuencia.

Si tuviéramos que aumentar la presión exterior sobre el pistón, el volumen del pistón disminuiría hasta que la presión interna coincidiera con la presión externa.

Vemos aquí que la ley de Boyle está perfectamente explicada por el modelo cinético de los gases (T mantenida constante).

Veamos la ley de Charles (P constante)

Si aumentáramos la temperatura de las moléculas, aumentaría su energía cinética y por tanto golpearía con mayor fuerza al pistón y aumentaría el volumen del pistón hasta igualar las presiones interna y externa.

Pero si tuviéramos que aumentar espontáneamente el volumen del pistón, la temperatura NO aumentaría como resultado (para mantener el volumen aumentado contra la presión externa constante) porque el calor no surge espontáneamente.

Entonces parece que la ley de Charles solo funciona de una manera, pero no de la otra. Y que T y V no están intrínsecamente vinculados como lo están P y V en la ley de Boyle. ¿Es esto cierto?

physics.stackexchange.com/q/245808 puede o no ser útil. Si empuja el pistón hacia abajo (es decir, disminuye el volumen), está realizando un trabajo sobre las moléculas del gas.
Cuando dice que la temperatura NO aumentaría, probablemente esté invocando el hecho de que la energía interna del gas ideal no cambia y tampoco su temperatura. Esto significa que ni el gas realiza ningún trabajo ni se realiza ningún trabajo sobre él. Pero luego dime, ¿cómo aumentaría espontáneamente el volumen del sistema ?
La ley de Boyle es para un cambio isotérmico, no adiabático.
" porque el calor no surge espontáneamente. " Es un error pensar que debe haber calor para que la temperatura suba. Otros tipos de transferencia de energía también pueden causar cambios de temperatura, por ejemplo, el trabajo .

Respuestas (2)

La respuesta en sí está oculta en la segunda parte de su pregunta. P en cualquier ley de los gases se refiere a la presión dentro del volumen del recipiente [que siempre es igual a la presión externa sobre el recipiente]

Ahora, en la segunda parte de su pregunta, las declaraciones

(P se mantiene constante)

&

si tuviéramos que aumentar espontáneamente el volumen del pistón

no puede ser verdad simultáneamente.

Tan pronto como desee aumentar el volumen del recipiente (independientemente del método para lograr dicho cambio, ya sea mediante un proceso de pistón reversible o mediante una expansión libre irreversible), debe reducir la presión externa sobre el pistón y, por lo tanto, el la presión dentro del recipiente también se reduce y luego puede aplicar la teoría cinética en consecuencia [ Tenga en cuenta que, a menos que estas dos P sean iguales, no puede aplicar ninguna ley de los gases porque son válidas solo para situaciones de equilibrio. Es muy importante tener en cuenta esta condición cuando piense en tales experimentos mentales. ]

Para concluir, todas las leyes de los gases funcionan independientemente de si el cambio en las variables es positivo o negativo, siempre que tenga cuidado de satisfacer todas las condiciones, incluida la condición de equilibrio y reversibilidad.

Dado que el comentario original ahora se eliminó, estoy reescribiendo el comentario en respuesta al cual hice esto: "¿No se viola la ley de Charles cuando tengo dos cámaras separadas por una pared y quito la pared?" Umm... el proceso que acabas de describir es la expansión libre irreversible del gas ideal. Entonces, una vez que haya quitado la pared y haya dejado suficiente tiempo para que el sistema alcance el equilibrio, la presión ahora no será igual a la presión inicial. Entonces, incluso aquí, d PAG = 0 condición no se cumple.

Comprimir un gas que no está en el cero absoluto aumentará su temperatura porque un volumen finito de gas a una temperatura finita tiene una cantidad determinada de energía térmica. cuando esa cantidad determinada de energía térmica ocupa un espacio más pequeño, su temperatura aumenta. Por el contrario, cuando ocupa un espacio más grande, su temperatura baja. por lo que ambas leyes son reversibles.

¿Qué le sucede a la temperatura cuando aumenta el volumen (ley de Charles)?
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