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LEGGI DEI GAS
Giuseppe Frangiamore con la collaborazione di Zimbardo Concetta Vanessa
Prima legge di Gay-Lussac e le scale di temperatura.
Generalmente tutti i materiali manifestano un incremento di volume all’aumentare della
temperatura. Anche i gas mostrano un comportamento simile: cioè al progressivo aumentare della
temperatura, i gas si espandono aumentando quindi il loro volume.
La prima legge di Gay-Lussac afferma che, ipotizzando di mantenere la pressione a un valore
costante, dato un volume iniziale (V0) alla temperatura iniziale (T0), se aumentiamo la temperatura
(T), il volume (V) del gas aumenta con legge di proporzionalità diretta al volume iniziale e
all’incremento di temperatura attraverso un coefficiente α:
∆ V = V0 * ∆T * α
∆ V = V - V0
Tenendo conto della relazione che vi è fra la temperatura e il volume, il fisico Lord Kelvin interpolò
l’asse delle temperature negative (in gradi centigradi) trovando il limite minimo che può
raggiungere la materia cioè -273,15 °C, chiamando questo valore zero assoluto.
Lord Kelvin propose una nuova scala di temperatura nella quale il punto di partenza è rappresentato
dallo zero assoluto.
La relazione che vi è fra la temperatura in gradi kelvin (°K) e gradi centigradi (°C) è la seguente:
T (°K) = t (°C) + 273,15
La seconda legge di Gay-Lussac.
La seconda legge di Gay-Lussac afferma che la pressione di un gas aumenta in modo direttamente
proporzionale alla temperatura, mantenendo il volume del gas costante.
P/T = costante
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La legge di Boyle.
La legge di Boyle dice che, in condizioni di temperatura costante, la pressione di un gas è
inversamente proporzionale al suo volume.
P * V = costante
In un piano P-V (chiamato piano di Clapeyron) le curve luogo dei punti a temperatura costante,
sono rappresentate da rami di iperbole equilatera:
PROPAGAZIONE DEL CALORE
La propagazione del calore può avvenire secondo tre modalità diverse: per conduzione, per
convenzione e per irraggiamento.
La conduzione è l’unica modalità di propagazione del calore nei solidi; un esempio di conduzione è
quando abbiamo una barra da un lato ad alta temperatura e dell’atro lato a temperatura più bassa, il
calore si trasferisce dall’ lato più caldo a quello più freddo e alla fine la temperatura della barra sarà
la medesima in tutti i punti e cioè sarà in equilibrio termico.
Nei liquidi e nei gas prevale la propagazione del calore per convenzione; un esempio naturale di
propagazione per convenzione si ha nel sistema di riscaldamento di una stanza ad opera di un
radiatore in corrispondenza del quale, l’aria viene riscaldata e quindi, diminuendo la sua densità,
tende a salire e uella fredda scende in basso verso i radiatori attivando così delle correnti di aria che
prendono il nome di correnti convettive.
Un ultimo metodo di propagazione è quello per irraggiamento dovuto al trsporto di calore attraverso
radiazioni elettromagnetiche; un esempio tipico di tale trasmissione si ha attraverso le radiazioni del
sole capacità di attraversare anche il vuoto.
L’assorbimento della radiazione elettromagnetica viene poi condotta da un trasferimento di energia
che provoca il riscaldamento dei corpi senza l’intervento di mezzi materiali.
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Il fabbisogno termico degli edifici
Un impianto di riscaldamento di un edificio, per assicurare il confort termico alle persone che vi
abitano, deve fornire una quantità di calore in modo che gli ambienti interni possono rimanere a una
temperatura compresa fra 18 °C e i 21°C.
La necessità di fornire calore all’ambiente è determinato dalla dispersione termica (Q) attraverso
una superficie (S) che si può calcolare attraverso la relazione:
Q = K * S (Ti – Te )
dove Ti e la temperatura interna (più alta), Te quella esterna (più bassa) e K è il coefficiente di
trasmittanza.
Il coefficiente di trasmittanza è influenzato da diversi fattori come: il materiale che costituisce la
parete, il movimento dell’ aria rispetto alle due pareti e lo spessore dalla parete con tutti i materiali
che lo costituiscono.
Negli ultimi periodi grazie al cresciuto impiego di materiali come il polistirolo e la lana di vetro che
permettono di ostacolare il flusso termico, si è assistiti al progressiva diminuzione delle dispersini
termiche negli edifici. Questi materiali sono detti coibenti.
I PASSAGGI DI STATO
In natura la materia si presenta in tre stati di aggregazione e cioè in forma solida, liquida e
aeriforme (gas).
I corpi allo stato solido possiedono una forma ed un volume, quelli allo stato liquido possiedono un
volume ma prendono forma dal recipiente che li contengono, mentre i gas occupano tutto lo spazio
a loro disposizione.
I passaggi di stato sono le trasformazioni fisiche della materia di uno stato di aggregazione ad un
altro:
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La fusione avviene mediante il trasferimento di calore mentre la solidificazione sottraendo calore.
Molte materie solidificano a una temperatura ben precisa chiamata punto di fusione. La quantità di
calore fornita per fondere 1 kg di sostanza è chiamato calore latente di fusione.
Il passaggio di stato di una sostanza liquida a una aeriforme è chiamato vaporizzazione mentre
l’inverso che avviene con perdita di calore, è chiamato condensazione.
Ogni liquido bolle a una precisa temperatura chiamata punto di ebollizione. Per l’acqua ciò avviene
a 100 °C:
Infine si chiama sublimazione il passaggio dallo stato solido a quello aeriforme, invece l’opposto è
il brinamento.
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