Leggi dei gas

• Il sistema fisico è un cilindro contenente un gas e chiuso da un pistone che può scorrere.

• Possiamo fornire energia al sistema facendo lavoro oppure scaldando.

• Fissata la quantità di gas, descriviamo lo stato termodinamico del sistema attraverso volume, pressione (definita come forza che agisce sul pistone divisa per la superficie del pistone) e temperatura.

• Si osserva che note due di queste quantità, la terza è automaticamente determinata

• Possiamo quindi rappresentare il sistema come un punto nel piano p-T, nel piano V-T o nel piano p-V; questa terza descrizione è la più interessante.

• Il passaggio del sistema da uno stato all'altro, purché sia realizzato abbastanza lentamente da avere temperatura e pressione uniformi in tutto il gas, è rappresentato da una curva in uno di questi piani.

• Particolarmente interessanti sono le trasformazioni a pressione costante (isobara), a volume costante (isocora) o a temperatura costante (isoterma)

Isobara

• Se il gas è abbastanza lontano dal punto di condensazione, è assimilabile ad un gas perfetto e, per definizione di temperatura, V = V₀/T₀ T [prima legge di Gay-Lussac, 1802]

• Nel piano p-V (pressione sulle ordinate e volume sulle ascisse), una trasformazione isobara è rappresentata da un segmento orizzontale

• L'area sotto al segmento è il lavoro fatto sul sistema durante la trasformazione; infatti Area = p ΔV = F/S SΔh = FΔh = L (dove S è la superficie del pistone e h l'altezza dello stesso).

• Una trasformazione isobara può essere realizzata scaldando il sistema mentre si mantiene costante la forza che agisce sul pistone

Isocora

• Si verifica sperimentalmente che per i gas lontani dal punto di condensazione, p = p₀/T₀ T [seconda legge di Gay-Lussac, 1802]

• Nel piano p-V questa trasformazione è rappresentata da un segmento verticale. Il lavoro fatto durante una trasformazione isocora è nullo perché non c'è movimento del pistone.

• Una trasformazione isocora può essere realizzata scaldando il sistema mentre si mantiene bloccato il pistone.

Isoterma

• Si verifica sperimentalmente che pV = p₀V₀ [legge di Boyle e Mariotte, 1662]

• Nel piano p-V una trasformazione isoterma è rappresentata da un arco di iperbole

• anche qui, l'area sotto la curva rappresenta il lavoro compiuto sul sistema

• Una trasformazione isoterma può essere realizzata mantenendo il sistema a contatto con un corpo molto più grande (in futuro diremo di grande capacità termica)