No contexto da física dos gases, a Lei de Gay-Lussac, também conhecida como lei de Charles e Gay-Lussac ou lei dos volumes, desempenha um papel essencial. Esta lei, formulada pelo cientista francês Joseph Louis Gay-Lussac no início do século XIX, estabelece uma relação fundamental entre a pressão e a temperatura de um gás a volume constante.
A lei de Gay-Lussac é uma das leis dos gases que relaciona a pressão de um gás à temperatura a volume constante. Em seu enunciado, esta lei estabelece que o volume de uma quantidade de gás aumenta ou diminui proporcionalmente à sua temperatura se o volume permanecer constante (processo isocórico).
Fórmula da lei Gay-Lussac
A fórmula da lei de Gay-Lussac que relaciona a pressão e a temperatura de um gás é:
P1 / T1 = P2 / T2
Onde
- P1 é a pressão inicial.
- P2 é a pressão final.
- T1 é a temperatura inicial absoluta.
- T2 é a temperatura final absoluta.
Esta fórmula estabelece que a relação entre a pressão e a temperatura de um gás, a volume constante, é uma relação diretamente proporcional. Por outras palavras, se a temperatura de um gás aumenta, a sua pressão também aumenta, e se a temperatura diminui, a pressão do gás diminui, desde que o volume do gás permaneça constante.
Importância na termodinâmica dos gases
A lei de Gay-Lussac é de grande importância na termodinâmica dos gases por vários motivos:
- Lei dos gases ideais : A lei de Gay-Lussac é uma das equações que fazem parte da equação geral dos gases ideais, que relaciona a pressão, o volume, a quantidade de substância e a temperatura de um gás. A equação do gás ideal é PV = nRT, onde P é a pressão, V é o volume, n é a quantidade de substância, R é a constante do gás e T é a temperatura em Kelvin.
- Processos de compressão e expansão : A lei de Charles e Gay-Lussac é fundamental para entender como os gases se comportam durante os processos de compressão e expansão, como os que ocorrem em motores de combustão interna e sistemas de refrigeração.
- Segurança na indústria : Nas aplicações industriais, é fundamental garantir a segurança em sistemas que manuseiam gases em diferentes temperaturas e pressões.
- Pesquisa e desenvolvimento tecnológico : Cientistas e engenheiros utilizam esta lei na pesquisa e desenvolvimento de tecnologias envolvendo gases. Do projeto de reatores nucleares à construção de sistemas de propulsão.
História e contexto
Neste período, os cientistas estavam profundamente interessados em compreender como os gases se comportavam a diferentes temperaturas e pressões, uma vez que esta informação tinha aplicações significativas em campos como a química, a engenharia e a indústria.
Antes da formulação da Lei de Gay-Lussac, outras leis importantes que regem o comportamento dos gases, como a lei de Boyle-Mariotte e a lei de Charles, já haviam sido estabelecidas.
Por um lado, a Lei de Boyle-Mariotte estabelece que, a temperatura constante, a pressão de um gás é inversamente proporcional ao seu volume. Por outro lado, a lei de Charles afirma que, a pressão constante, o volume de um gás é diretamente proporcional à sua temperatura em graus Celsius (°C).
A contribuição de Gay-Lussac reside na sua observação de que a pressão e a temperatura de um gás estavam intimamente relacionadas, e esta relação permaneceria constante numa ampla gama de condições.
Descobridor e nome da lei
Antes da formulação desta lei ela foi descoberta por Guillaume Amontons e Jaques Charles. O físico italiano Alessandro Volta também realizou pesquisas semelhantes em 1791 sobre a expansão dos gases.
A lei leva o nome do físico-químico francês Joseph Louis Gay-Lussac porque foi ele quem a formulou e anunciou em 1802.
Às vezes, o nome Gay-Lussac também é usado para se referir à lei de Charles que relaciona o volume e a temperatura de um gás a pressão constante. Na verdade, Louis Joseph Gay-Lussac anunciou a lei de Charles em 1802, enquanto Jacques Charles a descobriu 15 anos antes, em 1787.
A lei de Charles afirma que o volume de um gás é diretamente proporcional à sua temperatura absoluta se a pressão for mantida constante.
Explicação física da lei
Essa relação é explicada pelo fato de que à medida que a temperatura do gás aumenta, suas moléculas se movem mais rapidamente, o que implica um aumento na energia cinética.
Ao aumentar a velocidade dessas partículas, aumenta o número de colisões com as paredes do recipiente. À medida que a temperatura cai, as moléculas ficam mais lentas e reduzem as colisões com as paredes.
Para testar esta relação, Gay-Lussac colocou gás num recipiente fechado. Ele então colocou uma fonte de calor sob o recipiente, aqueceu o gás e observou a pressão contra as paredes do recipiente aumentar.
Ao ser retirada a fonte de calor, a pressão exercida pelo gás nas paredes do recipiente começou a diminuir até atingir seu estado inicial.
