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I GAS E LE LEGGI (Il sistema termodinamico (Un sistema fisico è una…
I GAS E LE LEGGI
lo stato di un gas contenuto in un recipiente con pistone è descritto da quattro grandezze, misurate come indicato:
la massa m(bilancia di precisione);
il volume V(si misura h, V=S h);
la temperatura T(termometro);
la pressione p(manometro)
Trasformazioni isoterme, isòbare e isocòre
-Un gas può subire infinite trasformazioni.
-Le principali sono quelle in cui una delle tre grandezze T,p,V non varia:
Il sistema termodinamico
Un sistema fisico è una determinata parte di materia che consideriamo separata dal resto dell’universo (ambiente esterno)
-
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grandezze macroscopiche (misurabili direttamente):pressione, volume, temperatura, quantità di calore, lavoro ed energia interna
La termodinamica è riconducibile alle proprietà meccaniche delle particelle microscopiche costituenti i sistemi termodinamici
grandezze microscopiche(non misurabili direttamente):massa, velocità, quantità di moto, energia cinetica
La prima legge di Gay-Lussac(p costante). Riscaldiamo il gas mantenendo costante la pressione.
Il volume del gas aumenta co n la temperatura, secondo la legge sperimentale detta Prima legge di Gay-Lussac:
-
La legge di Boyle(T costante). La legge sperimentale di Boyle vale anch'essa per gas poco compressi e lontani dalla liquefazione. Legge di Boyle: pV=p1V1 laddove p è la pressione finale(Pa) V è il volume finale(m^3)p1 è pressione iniziale(Pa)V1 è volume iniziale(m^3).
A temperatura costante, il prodotto del volume di un gas per la sua pressione è costante:p e V sono inversamente proporzionali ;il grafico nel piano(V,p) è un iperbole.
La seconda legge di Gay-Lussac(V costante).La legge sperimentale vale sempre per gas poco compressi e lontani dalla liquefazione.
La pressione del gas aumenta con la temperatura seguendo la Seconda legge di Gay-Lussac: Il grafico nel piano (t,p)è una retta.
Ricordando che
in modo analogo al caso precedente la seconda legge di Gay-Lussac si scrive: A volume costante, la pressione del gas è direttamente proporzionale alla sua temperatura assoluta.
IL GAS PERFETTO. Il gas perfetto (ideale) è un modello ideale di gas; un gas reale è assimilabile a un gas perfetto in condizioni di:
-bassa pressione
-bassa densità
alta temperatura
Equazione di stato dei gas perfetti.Nelle condizioni di gas perfetto le leggi dei gas possono essere riassunte nell’equazione di stato dei gas perfetti R = 8,31 J/(mol·K) è la costante universale dei gas in funzione del numero N di molecole. kB = 1,38·10^-23 J/K è la costante di Boltzmann (k=R/NA).N=nNA N numero molecole.n=N/NA
L'equazione di stato comprende e riassume tutte le leggi dei gas precedentemente presentate. Se la temperatura T è costante ricaviamo la legge di Boyle; se la pressione p è costante ricaviamo la prima legge di Gay-Lussac; se il volume V è costante ricaviamo la seconda legge di Gay-Lussac.
Mole
una mole(mol) di una sostanza è l'equivalente in grammi della massa atomica o molecolare della sostanza; è l'unità di quantità di materia nel SI. Una mole di materia contiene tante particelle quanti sono gli atomi contenuti in 12 grammi di carbonio-12. Numero di Avogadro: il numero di atomi o molecole contenuti in 12 g di carbonio -12 è definito come numero di Avogadro ed è uguale a:
una mole di qualsiasi gas, indipendentemente dalla sua massa molecolare, in condizioni di pressione atmosferica ordinaria e alla temperatura di 0°C(condizioni normali),un volume molare di 22,41 litri. 1 litro=1dm^3=10^-3m^3