TERMODINÁMICA, CALOR Y GASES

Ley de Charles: fórmula y ejemplos explicados

Un globo flexible cambia de volumen al calentarse porque, si la presión se mantiene, el volumen sigue la temperatura absoluta.

Editorial Ejemplode 6 min Revisado editorialmente
Respuesta rápida

A presión y cantidad constantes, la ley de Charles establece V₁/T₁=V₂/T₂. Las temperaturas deben estar en kelvin.

    Qué sucede en esta situación

    Primero identifica qué variable permanece constante y convierte las escalas absolutas. La fórmula relaciona estados de equilibrio; no describe por sí sola cada instante de la trayectoria.

    Dos estados de un gas para Ley de Charles
    Compara los estados solo después de identificar la variable constante y convertir a escalas absolutas.

    Qué explica y qué no explica

    Idea física: La relación conecta volumen y temperatura de dos estados bajo una restricción explícita.

    Condición: Presión y cantidad de gas permanezcan constantes.

    Límite: El gas real puede desviarse a alta presión o cerca de condensación y la cantidad debe permanecer fija.

    Conexiones de la familia

    Para distinguir mecanismos y elegir el modelo adecuado, continúa con Gases ideales y reales y compáralo con Ley de Gay-Lussac.

    Fórmula principal

    Ley de CharlesV₁/T₁ = V₂/T₂

    Relación entre dos estados de una cantidad fija de gas ideal cuando presión y cantidad de gas permanezcan constantes.

    Magnitudes, símbolos y unidades

    MagnitudSímboloUnidadSímbolo de unidadNota
    PresiónPpascalPaSiempre absoluta.
    VolumenVmetro cúbicom³Puede usarse otra unidad si es coherente en ambos estados.
    TemperaturaTkelvinKEscala absoluta.
    Cantidad de gasnmolmolDebe permanecer constante.

    Fórmulas derivadas

    Despeje de la incógnita

    Aísla la variable buscada

    Procedencia: Parte de V₁/T₁ = V₂/T₂ y conserva factores de ambos estados.

    Cuándo usarla: Después de convertir unidades.

    Caso del gas ideal

    pV=nRT

    Procedencia: La ley es un caso o una comparación de la ecuación de estado.

    Cuándo usarla: Gas suficientemente ideal.

    Cómo resolver problemas de ley de charles

    1. Representa la situación

      Distingue el sistema, el entorno, los estados inicial y final y la magnitud buscada.

    2. Comprueba las condiciones

      Verifica que presión y cantidad de gas permanezcan constantes.

    3. Unifica unidades

      usar presión absoluta, temperatura en K y unidades coherentes entre estados.

    4. Sustituye con signos

      Usa la relación V₁/T₁ = V₂/T₂ y conserva la convención declarada.

    5. Interpreta el resultado

      Comprueba unidad, orden de magnitud, dirección y límite del modelo.

    10 ejemplos explicados de ley de charles

    Cada solución avanza de la situación concreta a la interpretación del resultado. Comprueba los datos, las unidades y el sentido de la conclusión antes de continuar.

    1

    Globo templado

    V₂=2,20 L.

    Problema: Un globo de 2,0 L a 300 K se calienta a 330 K a presión constante.

    1. Datos: V₁=2,0 L; T₁=300 K; T₂=330 K.
    2. Principio: V₁/T₁=V₂/T₂.
    3. Sustitución: V₂=2,0×330/300.
    4. Cálculo o razonamiento: =2,20.
    5. Resultado: V₂=2,20 L.
    6. Interpretación: El volumen aumenta 10 % porque la temperatura absoluta aumenta 10 %.
    2

    Enfriamiento

    V₂≈1,31 L.

    Problema: 1,5 L a 320 K se enfrían a 280 K.

    1. Datos: V₁=1,5; T₁=320; T₂=280.
    2. Principio: V₂=V₁T₂/T₁.
    3. Sustitución: V₂=1,5×280/320.
    4. Cálculo o razonamiento: 420/320=1,3125.
    5. Resultado: V₂≈1,31 L.
    6. Interpretación: El recipiente debe permitir variar el volumen manteniendo presión.
    3

    De Celsius a kelvin

    V₂≈3,30 L.

    Problema: Un gas ocupa 3 L a 27 °C y se calienta a 57 °C.

    1. Datos: T₁=300,15 K; T₂=330,15 K; V₁=3 L.
    2. Principio: La ley usa temperatura absoluta.
    3. Sustitución: V₂=3×330,15/300,15.
    4. Cálculo o razonamiento: ≈3,30.
    5. Resultado: V₂≈3,30 L.
    6. Interpretación: Usar 27 y 57 directamente produciría una relación incorrecta.
    4

    Temperatura final

    T₂=375 K.

    Problema: 2 L a 250 K se expanden a 3 L.

    1. Datos: V₁=2; T₁=250; V₂=3.
    2. Principio: T₂=T₁V₂/V₁.
    3. Sustitución: T₂=250×3/2.
    4. Cálculo o razonamiento: =375.
    5. Resultado: T₂=375 K.
    6. Interpretación: La temperatura absoluta debe aumentar en la misma proporción que el volumen.
    5

    Volumen inicial

    V₁=3 L.

    Problema: Un gas llega a 4 L a 400 K; antes estaba a 300 K.

    1. Datos: V₂=4 L; T₂=400 K; T₁=300 K.
    2. Principio: V₁=V₂T₁/T₂.
    3. Sustitución: V₁=4×300/400.
    4. Cálculo o razonamiento: =3.
    5. Resultado: V₁=3 L.
    6. Interpretación: El cociente V/T permanece constante.
    6

    Congelador

    V₂≈1,04 L.

    Problema: Una bolsa flexible ocupa 1,2 L a 293 K y se enfría a 253 K.

    1. Datos: V₁=1,2; T₁=293; T₂=253.
    2. Principio: V₂=V₁T₂/T₁.
    3. Sustitución: V₂=1,2×253/293.
    4. Cálculo o razonamiento: 303,6/293≈1,04.
    5. Resultado: V₂≈1,04 L.
    6. Interpretación: La presión debe igualarse con el exterior para usar el modelo.
    7

    Duplicar volumen

    T₂=2T₁.

    Problema: ¿Qué debe ocurrir con T absoluta para duplicar V a presión constante?

    1. Datos: V₂=2V₁.
    2. Principio: V/T=constante.
    3. Sustitución: T₂/T₁=V₂/V₁.
    4. Cálculo o razonamiento: =2.
    5. Resultado: T₂=2T₁.
    6. Interpretación: Duplicar grados Celsius no equivale a duplicar temperatura absoluta.
    8

    Comprobar datos

    Datos compatibles con Charles.

    Problema: V pasa de 500 a 600 mL y T de 250 a 300 K.

    1. Datos: V₁/T₁=500/250; V₂/T₂=600/300.
    2. Principio: Los cocientes deben coincidir.
    3. Sustitución: 2 y 2 mL/K.
    4. Cálculo o razonamiento: Son iguales.
    5. Resultado: Datos compatibles con Charles.
    6. Interpretación: También deben mantenerse masa y presión.
    9

    Presión no constante

    No; conviene Gay-Lussac.

    Problema: Un globo rígido se calienta sin cambiar volumen. ¿Es Charles la ley adecuada?

    1. Datos: V constante.
    2. Principio: Charles exige presión constante y volumen variable.
    3. Sustitución: La condición no se cumple.
    4. Cálculo o razonamiento: Corresponde relacionar P y T.
    5. Resultado: No; conviene Gay-Lussac.
    6. Interpretación: Elegir la ley depende de qué variable permanece constante.
    10

    Límite físico

    No debe extrapolarse literalmente.

    Problema: Extrapolar V/T lineal hasta 0 K, ¿describe un gas real allí?

    1. Datos: Temperaturas extremas.
    2. Principio: La ley es un modelo ideal y el gas real cambia de fase antes.
    3. Sustitución: Se reconoce el límite.
    4. Cálculo o razonamiento: Razonamiento físico.
    5. Resultado: No debe extrapolarse literalmente.
    6. Interpretación: El cero absoluto surge de la escala, no de mantener un gas clásico sin condensación.

    Ahora te toca a ti

    Ejercicio 1

    1 L a 200 K llega a 300 K. Halla V₂.

    Comprobar respuesta

    Respuesta: 1,5 L

    V₂=V₁T₂/T₁.

    Ejercicio 2

    2,4 L a 360 K se enfrían a 300 K.

    Comprobar respuesta

    Respuesta: 2,0 L

    La presión permanece constante.

    Ejercicio 3

    25 °C en kelvin.

    Comprobar respuesta

    Respuesta: 298,15 K

    Suma 273,15.

    Ejercicio 4

    ¿Qué dispositivo permite aplicar Charles?

    Comprobar respuesta

    Respuesta: Un recipiente flexible o pistón a presión constante

    El volumen debe poder cambiar.

    Ejercicio 5

    Si T absoluta baja 20 %, ¿qué pasa con V?

    Comprobar respuesta

    Respuesta: Baja 20 %

    V∝T en las condiciones de la ley.

    Errores frecuentes

    Error: Aplicar la fórmula sin comprobar que presión y cantidad de gas permanezcan constantes.

    Corrección: Declara primero las condiciones del proceso.

    Si cambia una variable que el modelo supone fija, la relación deja de describir el caso.

    Error: Usar °C en razones, presión manométrica o cambiar unidades entre estados.

    Corrección: usar presión absoluta, temperatura en K y unidades coherentes entre estados.

    Las unidades forman parte de la magnitud y permiten detectar sustituciones incoherentes.

    Error: Elegir la ley por el nombre del problema sin identificar la variable constante.

    Corrección: La relación conecta volumen y temperatura de dos estados bajo una restricción explícita.

    La corrección conecta el cálculo con el fenómeno físico observable.

    Error: Ocultar o cambiar el signo del resultado.

    Corrección: Presiones, volúmenes y temperaturas absolutas son positivos; los cambios se interpretan comparando estados.

    Debe declararse una convención y conservarla durante todo el procedimiento.

    Error: Extender el modelo fuera de su intervalo útil.

    Corrección: Indica el límite: el gas real puede desviarse a alta presión o cerca de condensación y la cantidad debe permanecer fija.

    Una fórmula puede ser exacta dentro de un modelo y aun así requerir cautela en un sistema real.

    Test de 10 preguntas

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    Pregunta 1 de 10

    ¿Cuál es la relación principal de Ley de Charles?

    Preguntas frecuentes

    Fuentes y revisión editorial

    Cómo citar este artículo

    Editorial Ejemplode. (2026, 5 de agosto). Ley de Charles: fórmula y ejemplos explicados. https://www.ejemplode.com/fisica/ley-de-charles/

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