En el context de la física dels gasos, la Llei de Gay-Lussac té un paper essencial. Aquesta llei, formulada pel científic francès Joseph Louis Gay-Lussac a principis del segle XIX, estableix una relació fonamental entre la pressió i temperatura d'un gas a volum constant.
La llei de Gay-Lussac és una de les lleis dels gasos que relaciona la pressió dun gas amb la temperatura a volum constant. En el seu enunciat, aquesta llei estableix que el volum d'una quantitat de gas augmenta o disminueix proporcionalment a la temperatura si el volum es manté constant (procés isocòric).
Fórmula de la llei de Gay-Lussac
La fórmula de la llei de Gay-Lussac que relaciona la pressió i la temperatura d'un gas és:
P1 / T1 = P2 / T2
On
- P1 és la pressió inicial.
- P2 és la pressió final.
- T1 és la temperatura inicial absoluta.
- T2 és la temperatura final absoluta.
Aquesta fórmula estableix que la relació entre la pressió i la temperatura dun gas, a volum constant, és una relació directament proporcional. En altres paraules, si la temperatura d'un gas augmenta, la pressió també augmenta, i si la temperatura disminueix, la pressió del gas disminueix, sempre que el volum del gas es mantingui constant.
Importància a la termodinàmica de gasos
La llei de Gay-Lussac és de gran importància en la termodinàmica de gasos per diverses raons:
- Llei dels gasos ideals La llei de Gay-Lussac és una de les equacions que formen part de l'equació general dels gasos ideals, que relaciona la pressió, el volum, la quantitat de substància i la temperatura d'un gas. L'equació dels gasos ideals és PV=nRT, on P és la pressió, V és el volum, n és la quantitat de substància, R és la constant dels gasos i T és la temperatura a kelvin.
- Processos de compressió i expansió : la llei de Charles i Gay-Lussac és fonamental per entendre com els gasos es comporten durant processos de compressió i expansió, com els que ocorren en motors de combustió interna i sistemes de refrigeració.
- Seguretat en la indústria En aplicacions industrials, és crucial per garantir la seguretat en sistemes que manegen gasos a diferents temperatures i pressions.
- Investigació i desenvolupament tecnològic Els científics i enginyers utilitzen aquesta llei en la investigació i el desenvolupament de tecnologies que involucren gasos. Des del disseny de reactors nuclears fins a la construcció de sistemes de propulsió.
Història i context
Joseph Louis Gay-Lussac, un distingit químic i físic francès, va formular la seva llei el 1802 com a part de les seves investigacions sobre el comportament dels gasos.
En aquest període de temps, els científics estaven profundament interessats a comprendre com els gasos es comportaven a diferents temperatures i pressions, ja que aquesta informació tenia aplicacions significatives a camps com la química, l'enginyeria i la indústria.
Abans de la formulació de la Llei de Gay-Lussac, altres lleis importants que governaven el comportament dels gasos, com ara la llei de Boyle-Mariotte i la llei de Charles, ja s'havien establert.
D'una banda, la Llei de Boyle-Mariotte estableix que, a temperatura constant, la pressió d'un gas és inversament proporcional al volum. D'altra banda, la llei de Charles, en canvi, estableix que, a pressió constant, el volum d'un gas és directament proporcional a la temperatura en graus Celsius (°C).
La contribució de Gay-Lussac rau en la seva observació que la pressió i la temperatura d'un gas estaven estretament relacionades, i aquesta relació es mantindria constant en una àmplia gamma de condicions.
Descobridor i nom de la llei
Abans de la formulació d'aquesta llei va ser descoberta per Guillaume Amontons i Jaques Charles. El físic italià Alessandro Volta també va fer investigacions similars el 1791 sobre l'expansió dels gasos.
La llei pren el seu nom del físico-químic francès Joseph Louis Gay-Lussac perquè va ser qui la va formular i va anunciar el 1802.
De vegades també es fa servir el nom de Gay-Lussac per referir-se a la llei de Charles que relaciona el volum i la temperatura d'un gas a pressió constant. En realitat, Louis Joseph Gay-Lussac va anunciar la llei de Charles el 1802, mentre que Jacques Charles l'havia descobert 15 anys abans, el 1787.
La llei de Charles estableix que el volum d'un gas és directament proporcional a la temperatura absoluta si es manté constant la pressió.
Explicació física de la llei
Aquesta relació s'explica pel fet que en augmentar la temperatura del gas, les molècules es mouen més ràpid, cosa que implica un augment de l'energia cinètica.
En augmentar la velocitat daquestes partícules, augmenten el nombre de xocs contra les parets del recipient. A mesura que baixa la temperatura, les molècules s'alenteixen i redueixen els xocs contra les parets.
Per comprovar aquesta relació, Gay-Lussac va posar gas en un recipient tancat. A continuació va col·locar una font de calor sota el recipient, va escalfar el gas i va veure que la pressió contra les parets del recipient augmentava.
Quan va retirar la font de calor, la pressió que exercia el gas sobre les parets del contenidor va començar a baixar fins a assolir el seu estat inicial.