O que é a lei de Charles?
Theodore G. Lindeman, professor e chefe do departamento de química do Colorado College em Colorado Springs, oferece esta explicação:
O princípio físico conhecido como lei de Charles “afirma que o volume de um gás é igual a um valor constante multiplicado por sua temperatura medida na escala Kelvin (zero Kelvin corresponde a -273,15 graus Celsius).
A lei” s nome homenageia o pioneiro balonista Jacques Charles, que em 1787 fez experimentos sobre como o volume dos gases dependia da temperatura.A ironia é que Charles nunca publicou a obra pela qual é lembrado, nem foi o primeiro ou o último a fazer essa descoberta. Na verdade, Guillaume Amontons havia feito os mesmos tipos de experimentos 100 anos antes, e foi Joseph Gay-Lussac em 1808 quem fez medições definitivas e publicou resultados mostrando que todos os gases testados obedeciam a essa generalização.
É é bastante surpreendente que dezenas de diferentes substâncias ces devem se comportar exatamente da mesma forma, como esses cientistas descobriram que vários gases se comportavam. A explicação aceita, que James Clerk Maxwell apresentou por volta de 1860, é que a quantidade de espaço que um gás ocupa depende puramente do movimento das moléculas do gás. Em condições normais, as moléculas de gás estão muito distantes de suas vizinhas e são tão pequenas que seu próprio volume é insignificante. Eles empurram para fora em frascos ou pistões ou balões simplesmente batendo nessas superfícies em alta velocidade. Dentro de um balão de hélio, cerca de 1024 (um milhão de milhões de milhões de milhões) de átomos de hélio se chocam com cada centímetro quadrado de borracha a cada segundo, a velocidades de cerca de uma milha por segundo!
Tanto a velocidade quanto a frequência com que o as moléculas de gás ricocheteiam nas paredes do recipiente dependendo da temperatura, e é por isso que os gases mais quentes empurram com mais força contra as paredes (pressão mais alta) ou ocupam volumes maiores (algumas moléculas rápidas podem ocupar o espaço de muitas moléculas lentas). Especificamente, se dobrarmos a temperatura Kelvin de uma amostra de gás rigidamente contida, o número de colisões por unidade de área por segundo aumenta pela raiz quadrada de 2 e, em média, o momento dessas colisões aumenta pela raiz quadrada de 2. Portanto, O efeito líquido é que a pressão dobra se o recipiente não esticar, ou o volume dobra se o recipiente aumenta para evitar que a pressão suba.
Então, podemos dizer que Charles “Law descreve como os balões de ar quente obter luz suficiente para decolar e por que uma inversão de temperatura evita correntes de convecção na atmosfera e como uma amostra de gás pode funcionar como um termômetro absoluto.