Gas: P costante?

[angel99]

Ma in natura PERCHE' scaldando un gas il volume aumenta?

Succede solo se il gas è a pressione costante. Aumenta perché aumentano le collisioni tra le molecole che, per farsi spazio, si allontanano le une dalle altre, occupando così un volume maggiore.

[qttv]

Bene. In definitiva se aumento la temperatura per poi mantenerla costane, la massa di gas assumerà un volume finale costante oppure si disperderà a causa degli urti indotti dall'aumento di T inziale?

[angel99]

E' una questione di equilibrio.

Immagina una superficie sferica che possa variare le sue dimensioni senza opporre resistenza, e un gas al suo interno. Se cerchi un esempio fisico che ti possa aiutare, una bolla di sapone è un buon esempio.

E' intuitivo che se la pressione all'interno della bolla cresce, il suo volume aumenterà. E viceversa. E' un po' meno intuitivo, ma facile da capire che se la pressione esterna alla bolla cresce, il volume della bolla si ridurrà. E viceversa.

Questo succede perché sulla superficie esterna della bolla agisce la pressione atmosferica, su quella interna la pressione del gas contenuto. Quando le due pressioni sono uguali, la bolla resta delle stesse dimensioni. Da un punto di vista microscopico, il numero di collisioni per unità di tempo sulle due superfici della bolla sarà uguale.

Se scaldi di un delta termico finito la temperatura del gas all'interno della bolla, il numero di collisioni delle molecole sulla superficie interna aumenterà, spingendo la bolla ad aumentare le proprie dimensioni. Ma aumentando le dimensioni della superficie esterna, anche il numero di collisioni da parte delle molecole esterne aumenterà. Per un motivo diverso, ma aumenterà.

Quando la dimensione della bolla sarà tale per cui il numero di collisioni per unità di tempo sulla superficie interna sarà uguale al numero di collisioni per unità di tempo sulla superficie esterna, si sarà raggiunto l'equilibrio e la bolla non aumenterà più le sue dimensioni.

[DanteCpp]

Bene. In definitiva se aumento la temperatura per poi mantenerla costane, la massa di gas assumerà un volume finale costante oppure si disperderà a causa degli urti indotti dall'aumento di T inziale?

Beh, questo dipende. Se all'aumentare di T il gas è libero di espandersi (pistone mobile), allora la pressione rimane costante e il volume aumenta; se il gas è vincolato in un contenitore (pistone fisso) allora il volume rimane costante e la pressione aumenta.

quindi:

• la pressione è direttamente proporzionale alla temperatura
• il volume è direttamente proporzionale alla temperatura
• la pressione e il volume sono inversamente proporzionali tra loro

[qttv]

E' una questione di equilibrio.

Se scaldi di un delta termico finito la temperatura del gas all'interno della bolla, il numero di collisioni delle molecole sulla superficie interna aumenterà, spingendo la bolla ad aumentare le proprie dimensioni. Ma aumentando le dimensioni della superficie esterna, anche il numero di collisioni da parte delle molecole esterne aumenterà. Per un motivo diverso, ma aumenterà.

Quando la dimensione della bolla sarà tale per cui il numero di collisioni per unità di tempo sulla superficie interna sarà uguale al numero di collisioni per unità di tempo sulla superficie esterna, si sarà raggiunto l'equilibrio e la bolla non aumenterà più le sue dimensioni.

Tutto chiaro. E' ammissibile che alla fine dell'aumento di temperatura il volume continuerà a crescere per qualche istante fino all'equilibrio di cui parli?

[angel99]

E' ammissibile che alla fine dell'aumento di temperatura il volume continuerà a crescere per qualche istante fino all'equilibrio di cui parli?

Tutto ciò di cui abbiamo parlato esula dalla dinamica delle trasformazioni. Devi tralasciare il tempo delle astrazioni di cui stiamo parlando. L'aggiunta del tempo complica tutto in un modo straordinariamente complesso.

Tutte le trasformazioni devi considerarle quasi-statiche. Ad esempio, l'aumento di temperatura da t1 a t2 deve essere effettuato passando da t1 a t1 + dt (con dt infinitesimo), attendere che tutto si riequilibri, aggiungere un altro dt e così via, fino a t2 (in un tempo infinito, tra l'altro...).

Se riesci a visualizzare quest'ultima cosa, vedrai anche che la domanda che posto perde automaticamente di significato.

[qttv]

Grazie per le delucidazioni! Un abbraccio!