Le proprietà dei gas. Fisica.
Mauro Goretti - Programmatore. |
Le proprietà dei gas. Fisica.
Il
forte tiro in porta di un calciatore è spesso riferito dai cronisti
e dai tifosi con il termine, chiaramente esagerato, di “cannonata”.
Effettivamente però l'energia che viene trasmessa al pallone è
atta a imprimergli una spinta di tutto rispetto, come ben sa il
portiere che tenta di parare il tiro. Ma cerchiamo di immaginare un
pallone riempito d'acqua o di qualunque altra sostanza liquida o
solida: colui che osasse calciarlo rischierebbe di rimetterci il
piede, senza riuscire a smuoverlo di molto. Dunque è essenziale, se
si vuole giocare al calcio, che il pallone sia riempito d'aria o
comunque di sostanze gassose. Ciò perché alcune proprietà dei
corpi dipendono non già dalla sostanza di cui sono fatti, ma dallo
stato fisico in cui si trovano: solido, liquido, gassoso. È
interessante quindi analizzare le proprietà e il comportamento dei
gas perché se ne sono tratte molte applicazioni pratiche di grande
diffusione e importanza.
Comprimibilità ed elasticità.
In
una bottiglia di un litro non si può far stare più di un litro
d'acqua o di qualsiasi altro liquido. Se si tenta di comprimerlo,
con l'intento di ridurne il volume, si può ottenere come unico
risultato di rompere la bottiglia. I liquidi non sono comprimibili.
La stessa bottiglia contiene, quando è “vuota”, un litro di
aria, ma con una pompa è possibile immettervene dell'altra.
L'involucro del pallone, per esempio, delimita uno spazio chiuso nel
quale si può costringere una quantità d'aria variabile, dipendente
dalla forza di cui si dispone per azionare la pompa. Tanto maggiore
è la quantità d'aria che si immette, altrettanto salirà la
pressione interna, fino eventualmente a provocarne lo scoppio
dell'involucro. Quando si sferra un calcio al pallone, o quando una
ruota munita di pneumatico passa sopra a un sasso, si ha anzitutto
una deformazione dell'involucro (resa possibile dal comprimersi
dell'aria interna) alla quale segue l'immediato ritorno alla forma
iniziale. Quest'ultima azione dimostra la perfetta elasticità che
caratterizza l'aria e, in generale, tutti i corpo gassosi.
Comprimibilità ed elasticità sono prerogative tipiche dei gas, nei
quali si manifestano in misura elevatissima.
I gas si espandono.
La
persona distratta che esce di casa dimenticando aperto un rubinetto
dell'acqua potrà anche trovare, al ritorno i pavimenti allagati, ma
ben più gravi (e pericolose!) conseguenze potrebbe lamentare se il
rubinetto dimenticato fosse quello del gas. Un liquido si limita a
scorrere sul pavimento, un gas invece si espande in ogni direzione
fino ad occupare tutto il volume
disponibile. La tendenza alla massima espansione è un'altra
caratteristica tipica degli aeriformi.
Pressione e volume.
Molti
esperimenti sulle proprietà dei gas si possono compiere con una
comune siringa per iniezioni, o con una pompa da bicicletta.
Premendo sullo stantuffo, mentre si tiene chiuso il foro del deflusso
con un dito, si avverte una resistenza sempre maggiore che dimostra
come, diminuendo il volume nel quale si trova l'aria, ne
aumenti la pressione. C'è una relazione matematica di
proporzionalità inversa fra il volume e la pressione, vale a dire
che se il volume si riduce alla metà di quello iniziale, la
pressione diventa doppia. Perché ciò avvenga è indispensabile
mantenere costante la temperatura, che influisce anch'essa sulla
pressione. L'affermazione che “a temperatura costante i volumi
occupati da un gas sono inversamente proporzionali alle pressioni
agenti” enuncia la nota legge fisica di Boyle Mariotte. Se, dopo
aver spinto lo stantuffo della pompa, lo lasciamo libero, esso
ritorna alla posizione di partenza dando una buona dimostrazione
dell'elasticità dell'aria e, in generale, dei gas.
La teoria cinetica.
Il
comportamento dei gas è spiegato sulla base della teoria cinetica,
la quale presuppone che le molecole degli aeriformi siano animate da
un incessante moto di allontanamento reciproco. Ciò è causa di
urti fra le molecole stesse, nonché fra esse e le pareti del
recipiente. In questo modo si viene a dare ragione della tendenza
all'espansione e della pressione contro le pareti. L'energia
necessaria a mantenere tale movimento è fornita dal calore che il
gas possiede: per questo un gas aumenta di pressione se, a parità di
volume, viene riscaldato.
Legge di Boyle e Mariotte.
Se
il volume si riduce della metà, la pressione diventa doppia.
Pressione e volume sono inversamente proporzionali, a temperatura
costante.
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