Ultimo aggiornamento: 2026-07-01

Capire la legge di Charles

La legge di Charles descrive come una quantità fissa di gas si dilati quando viene riscaldata e si contragga quando viene raffreddata, purché la pressione resti costante. È una delle leggi semplici dei gas che insieme conducono alla legge dei gas ideali e coglie un effetto familiare: l'aria calda occupa più spazio della stessa aria fredda.

La formula della legge di Charles

A pressione costante il volume di un gas è direttamente proporzionale alla sua temperatura assoluta. Riordinando la relazione si può risolvere per una qualsiasi delle quattro grandezze:

Usare sempre la temperatura assoluta

La legge è una proporzionalità diretta, quindi vale solo su una scala di temperatura che parte da uno zero vero. Le scale Celsius e Fahrenheit collocano lo zero in punti arbitrari, perciò i loro rapporti non hanno senso fisico: riscaldare un gas da 10 °C a 20 °C non ne raddoppia il volume, anche se il numero in Celsius raddoppia.

La scala Kelvin inizia dallo zero assoluto (−273,15 °C), perciò raddoppiare i kelvin corrisponde a un reale raddoppio del volume. Converti ogni temperatura in kelvin prima di applicare la legge: $T(\text{K}) = T(^{\circ}\text{C}) + 273{,}15$. Questa calcolatrice accetta gradi Celsius o Fahrenheit ed esegue la conversione in kelvin prima di calcolare il rapporto.

Esempio svolto

Un palloncino contiene 2,0 L di aria a 27 °C. Viene portato all'aperto in una giornata fredda e si raffredda fino a −23 °C. Qual è il suo nuovo volume alla stessa pressione?

Convertiamo prima entrambe le temperature in kelvin: 27 °C = 300,15 K e −23 °C = 250,15 K. Poi applichiamo la legge:

Il palloncino si riduce a circa 1,67 L. Il rapporto 250,15/300,15 vale circa 0,83, quindi il volume diminuisce di circa il 17 %, la stessa frazione del calo della temperatura assoluta.

Dove compare la legge di Charles

• Un palloncino lasciato in un'auto fredda sembra sgonfio e si rigonfia scaldandosi al chiuso.
• Pane e dolci lievitano anche perché il gas intrappolato si dilata con il calore del forno.
• Una mongolfiera si solleva perché scaldare l'aria racchiusa la dilata e ne abbassa la densità rispetto all'aria circostante.

Tutti avvengono a pressione quasi costante, ed è per questo che la legge di Charles ne è la descrizione adatta.

La legge di Charles e le altre leggi dei gas

La legge di Charles è il caso particolare a pressione costante della legge combinata dei gas, $P_1 V_1 / T_1 = P_2 V_2 / T_2$. Con $P_1 = P_2$ i termini di pressione si elidono e resta $V_1/T_1 = V_2/T_2$. La legge di Boyle è il caso a temperatura costante e quella di Gay-Lussac il caso a volume costante. Per problemi in cui varia anche la pressione, usa la Legge generale dei gas; per grandezze assolute come il numero di moli, la Legge dei gas perfetti.