Gas: variabili di stato e tipologie di trasformazioni - WeSchool


Ogni sostanza, a seconda della 
pressione
 e della temperatura cui è sottoposta, si può presentare in tre stati: 
solido
,
 liquido
,
 aeriforme
. I gas non hanno, a differenza degli altri due, un volume proprio ma occupano tutto lo spazio disponibile che dipende dalla
 
pressione e dalla temperatura. 





















Videolezione "Studio di funzione: il procedimento"

























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Quando si ha a che fare coi gas si preferisce utilizzare come grandezza fisica la
 quantità di sostanza
, la cui unità di misura è la 
mole
 (mol). Essa è definita come la quantità di sostanza contenente un certo numero di atomi o particelle, conosciuto come
 
numero di Avogadro
, pari a circa 6.023 x 10
23
. Un’altra grandezza molto importante è la 
massa molare
 che esprime in grammi la massa di una mole di sostanza.


Lo stato fisico di un quantitativo di gas è caratterizzato da tre 
variabili di stato
 che sono la temperatura, la pressione e il volume. Variando i valori di queste grandezze hanno origine le 
trasformazioni termodinamiche
: da uno stato iniziale, caratterizzato da determinati valori di pressione, volume e temperatura, si giunge a uno stato finale caratterizzato da altri e nuovi valori.
 Ci sono 
tre tipi di trasformazione
 fisiche particolarmente importanti, governate da altrettante 
leggi termodinamiche
:


Trasformazioni isoterme
: avvengono a
 temperatura costante
, mentre variano la pressione e il volume. Da esperimenti inerenti questo tipo di trasformazione è emerso che la pressione e il volume di un gas sono 
inversamente proporzionali
. Il risultato esprime la legge elaborata da 
Boyle-Mariotte
: $$pV=k$$ dove $p$ indica la pressione (che si misura in Pascal, Pa), $V$ il volume (che si misura in m
3
) e $k$ è
 
una costante di proporzionalità. La trasformazione può essere rappresentata sul 
piano di 
Clapeyron
, che riporta sull’asse delle ascisse i valori del volume e sull’asse delle ordinate i valori della pressione.


Trasformazioni isobare
: avvengono a 
pressione costante
, mentre variano la temperatura e il volume. Studiando questa tipologia di trasformazione è stato ricavato un altro principio secondo cui la variazione di un volume del gas è direttamente proporizionale alla variazione di temperatura. Si tratta di ciò che ci dice la 
prima legge di Gay-Lussac
: $$V = V_0(1 +\alpha\Delta t)$$ Dove $V$ è il volume finale; $V_0$ è il volume atemperatura di zero gradi centigradi, e il coefficente $\alpha$, chiamato coefficiente di dilatazione dei gas a pressione costante, è pari a 0,00366 K
-1
 (ottenuto come l'inverso della temperatura in gradi centigradi dello zero assoluto: (273,15 K)
-1
). La rappresentazione grafica, con temperatura in ascissa e volume in ordinata, è una semiretta che interseca l’asse delle ordinate in corrispondenza del valore $V_0$ e il suo coefficiente angolare è pari a $\alpha$


Trasformazioni isocore
: avvengono a 
volume costante
, mentre variano la temperatura e la pressione. La variazione di pressione del gas, in questo caso, è direttamente proporzionale alla variazione di temperatura secondo la seguente equazione detta 
equazione di Charles
 (o 
seconda legge di Gay - Lussac
): $$p=p_0(1+\beta\Delta t)$$ Dove $p$ è la pressione, $p_0$ la pressione a temperatura di 0 gradi centigradi e $\beta$ il coefficiente di dilatazione del gas a volume costante il cui valore coincide con quello di $\alpha$. La rappresentazion grafica, con temperatura in ascissa e pressione in ordinata, è una semiretta che interseca l’asse delle ordinate nel punto $p_0$ e ha per coefficiente angolare $\beta$.



