Calculadora da Lei de Gay-Lussac (EUA)

A lei de Gay-Lussac afirma que para uma quantidade fixa de gás em volume constante, a pressão é diretamente proporcional à temperatura absoluta: P/T = constante, ou equivalentemente P₁/T₁ = P₂/T₂ ao comparar dois estados. Fisicamente, a temperatura é uma medida da energia cinética média das moléculas de gás – aquece o gás e as suas moléculas movem-se mais rapidamente e colidem com as paredes do recipiente com mais força e frequência. Como o volume do recipiente é fixo, o gás não pode expandir-se para aliviar essa força molecular extra como acontece pela lei de Charles; o único lugar onde a energia adicionada pode ir é para uma leitura de pressão mais alta. Resfrie o gás e o inverso acontece: as moléculas desaceleram, colidem com menos força e a pressão cai. É exatamente por isso que uma lata selada de ar comprimido ou um pneu de carro mostram uma leitura de pressão mais baixa em uma manhã fria, mesmo que nenhum gás tenha vazado – a pressão simplesmente acompanhou a queda da temperatura.

A lei de Gay-Lussac é uma afirmação sobre a proporção direta de um zero verdadeiro, e apenas a escala Kelvin tem um zero verdadeiro - o ponto em que o movimento molecular (e, no limite idealizado, a pressão do gás) teoricamente para. Celsius e Fahrenheit são escalas deslocadas com pontos zero arbitrários, portanto, uma relação proporcional válida em Kelvin não se aplica a nenhuma delas. A conversão é uma linha: K = °C + 273,15, ou K = (°F - 32) × 5/9 + 273,15. A calculadora acima faz essa conversão automaticamente e sinaliza sempre que você insere um valor Celsius ou Fahrenheit, mas fazer isso manualmente é a única etapa que a maioria dos alunos pula – e ignorá-la produz pressões que estão erradas por uma ampla margem, às vezes até negativas.

A lei de Gay-Lussac é uma das três leis simples dos gases, cada uma das quais mantém uma variável fixa. A lei de Boyle (PV = constante) mantém a temperatura fixa e relaciona pressão e volume. A lei de Charles (V/T = constante) mantém a pressão fixa e relaciona volume e temperatura. A lei de Gay-Lussac (P/T = constante) mantém o volume fixo e relaciona pressão e temperatura. Quando o volume não é realmente constante - por exemplo, um balão meteorológico que se expande e sobe através de uma atmosfera em mudança, ou um sistema pistão-cilindro onde o pistão é livre para se mover - nenhuma das três leis simples se aplica de forma limpa por si só, e você precisa da lei dos gases combinada, P₁V₁/T₁ = P₂V₂/T₂, ou a lei dos gases ideais completa, PV = nRT, que soma todas as três leis simples com Lei de Avogrado.

A lei de Gay-Lussac descreve um gás ideal — moléculas com tamanho desprezível e sem atração entre si. Os gases reais desviam-se disto, especialmente a baixas temperaturas próximas da condensação e a altas pressões onde o próprio volume das moléculas deixa de ser insignificante. Ele também assume que o volume do contêiner permanece genuinamente fixo: um recipiente de pressão real flexiona ligeiramente sob carga, e um recipiente rígido aquecido o suficiente pode falhar antes mesmo que a previsão do gás ideal seja alcançada, razão pela qual existem válvulas de alívio de pressão em tanques selados. Para faixas diárias de temperatura e pressões moderadas - a faixa em que vive a maioria dos problemas em salas de aula, oficinas e automóveis - a proporção direta da lei de Gay-Lussac é precisa o suficiente para ser usada sem correção.