Leggi dei gas (Termodinamica)

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Categoria:	Fisica
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Data:	25.07.2001
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LE LEGGI DEI GAS

GAS E VAPORI.
Quando ad un liquido viene fornita energia sotto forma di calore attraversa una fase di ebollizione e successivamente una di vaporizzazione. Queste trasformazioni di un liquido da uno stato iniziale ad uno finale vengono chiamate passaggi di stato.
La temperatura massima che un liquido può assumere prima di attraversare un passaggio di stato viene chiamata temperatura critica. Il valore della temperatura critica è specifica di ogni gas, cioè cambia da liquido a liquido.
Una sostanza che si trova oltre la sua temperatura critica viene definita gas.
Una sostanza che si trova tra la sua temperatura di ebollizione e la sua temperatura critica viene definita vapore.

IL GAS PERFETTO: EQUAZIONE DI STATO.
Per definire lo stato di un gas occorrono tre variabili, chiamate variabili di stato, e una costante specifica di ogni gas.
L’equazione di stato dei gas perfetti è: Pv = RT.
La v indica il volume specifico che ha come unità di misura m3/KG
P e T indicano i valori assoluti rispettivamente della pressione e della temperatura.
La R indica una costante specifica di ogni gas che è misurata in J/(Kg*K).
L’equazione di stato è utilizzabile per tutti i tipi di gas, anche se è stata fatta per effettuare calcoli solo con i gas perfetti. Quest’ultimi sono dei gas in cui non esiste la forza di attrazione tra le varie molecole.
LE TRASFORMAZIONI
Per rappresentare graficamente le trasformazioni che un gas può compiere occorre utilizzare un grafico con coordinate P,v.
Le trasformazioni principali che può compiere un gas sono cinque:
➢ Trasformazione Isobara. Durante la trasformazione il gas mantiene la stessa pressione, ma il volume e la temperatura cambiano in modo proporzionale. La legge che si utilizza quando si è in presenza di una trasformazione isobara è: Tc/Tb=vc/vb.
➢ Trasformazione Isocora. Durante questo tipo di trasformazione il gas mantiene lo stesso volume, ma la temperatura e la pressione variano in modo proporzionale. La legge che si utilizza quando si è in presenza di una trasformazione isocora è: Ta/Tb=Pa/Pb.

➢ Trasformazione isoterma. Durante la trasformazione il gas mantiene la stessa temperatura, ma la pressione e il volume variano in modo proporzionale. La legge che si utilizza quando si è in presenza di trasformazione isoterme è: Pc*vc = Pa*va.

➢ Trasformazione adiabatica. Durante la trasformazione non avviene uno scambio di calore tra il gas e l’esterno. La legge che si utilizza quando si è in presenza di una trasformazione adiabatica è: P*vk = cost. L’esponente K che viene assegnato al volume è numero che dipende dalla struttura atomica del gas.

➢ Trasformazione politropica. Durante questo tipo di trasformazione nessuna delle tre variabili di stato si mantiene costante, ma variano tutte e tre in modo proporzionale. Le legge che si utilizza quando si è in presenza di una politropica è: P*vn=cost. L’esponente N che viene assegnato al volume ha tre caratteristiche:
• Il valore di N è compreso tra 0 e 1 se la politropica è posta tra la l’isobara e l’isoterma.
• Il valore di N è compreso tra 1 e K se la politropica è posta tra l’isoterma e l’adiabatica.
• Il valore di N è maggiore di K se la politropica è posta tra l’adiabatica e l’isocora

L’ENERGIA TERMICA
L’EQUILIBRIO TERMICO
Accostando due corpi di diversa temperatura si può assistere al passaggio di calore dal corpo più caldo a quello più freddo; in questo modo, dopo poco tempo, i due avranno la stessa temperatura.
Questo fenomeno irreversibile, a cui sono soggetti i corpi non isolati da pareti adiabatiche, viene chiamato equilibrio termico stabile.
LA CAPACITA’ TERMICA
La capacità termica massiccia è la quantità di calore che bisogna fornire per far variare di un grado la temperatura di un chilo di materia. L’unità di misura della capacità termica è J/(Kg*K).
Il flusso termico è il rapporto tra la quantità di calore scambiato ed il tempo impiegato. La formula del flusso termico è = Q//t, e quindi l’unità di misura è W = J/s
ENRGIA INTERNA E TEMPERATURA
Durante la scambio di temperatura di due corpi si ha anche lo scambio di altre energie, oppure si hanno delle trasformazioni di energia termica in meccanica. A causa di ciò si è stabilito che il calore deve essere inteso come una energia interna di un corpo, oppure come scambio di energia tra corpi di diverse temperature.
L’energia dei legami tra le molecole e l’energia causata dal movimento di quest’ultime costituisce l’energia termica interna.
Nei gas perfetti si può calcolare la variazione dell’energia interna utilizzando soltanto la temperatura. Ciò è dovuto al fatto che nei gas perfetti l’energia interna è in funzione soltanto della temperatura.
Lo scambio termico è il passaggio di energia da un corpo all’altro causato da una differenza di temperatura.
LA TRASMISSIONE DEL CALORE
La propagazione dell’energia termica che avviene senza il movimento della materia visibile dall’esterno viene chiamata conduzione.
Il coefficiente di conduzione (() indica il comportamento dei materiali nella conduzione. L’unità di misura della conduzione è:W/(m*K). Sono buoni conduttori di calore i materiali che hanno un * elevato, mentre quelli con poca propagazione del calore vengono definiti materiali isolanti.
La propagazione del calore, tra una superficie ed un fluido, che avviene attraverso moti convettivi viene chiamata convezione. Il flusso trasmesso per convezione tra una superficie ed un fluido con una differenza di temperatura viene chiamato coefficiente di convezione ((). Il valore di ) dipende dalle caratteristiche del fluido, dalla sua velocità, dalla forma, dall’orientamento della superficie e dalle temperature. La convezione forzata si ha quando la trasmissione viene aiutata da un mezzo esterno; al contrario quando la trasmissione avviene senza interferenze esterne viene chiamata convezione naturale.
Quando tra due corpi con temperature diverse si ha un trasferimento di energia, per mezzo di radiazione elettromagnetiche, si è in presenza di un irraggiamento.

FONTI DI ENERGIA. LA COMBUSTIONE
L’energia termica viene formata da una combustione nella quale viene trasformata e liberata l’energia chimica presente in sostanze allo stato liquido, gassoso e solido. Ci sono altri modi per formare l’energia termica, come, per esempio, le radiazioni solari, le emissioni geotermiche e le reazioni nucleari.
LA COMBUSTIONE
La combustione è una reazione chimica tra diverse sostanze chiamate comburente e combustibili. La temperatura di accensione è la temperatura minima con la quale può avvenire una combustione. La temperatura d’infiammabilità è la temperatura in cui in gas può bruciare in aria in presenza di una fiamma. Sia la temperatura di accensione che quella d’infiammabilità sono specifiche di ogni materiale.
Il potere calorifero inferiore Hi è il calore ottenuto dalla combustione di 1Kg, escluso quello assorbito durante la produzione di vapore acqueo. L’unità di misura del potere calorifero inferiore è J/Kg.
Il potere calorifero superiore è ottenuto tenendo conto anche del calore assorbito durante la produzione di vapore acqueo.
L’aria teorica At è la quantità di aria necessaria per la combustione di 1 Kg di combustibile.
L’eccesso d’aria necessario per la combustione aumenta passando dai combustibili gassosi a quelli solidi.
Se durante la combustione si ha una scarsità di ossigeno si avrà una perdita di combustibile.
. indica l’efficienza della combustione ed è il rapporto tra Qu e Hi. Qu indica il calore effettivamente prodotto per Kg mentre Hi indica il potere calorifero inferiore.
LE LEGGI DEI GAS

GAS E VAPORI.
Quando ad un liquido viene fornita energia sotto forma di calore attraversa una fase di ebollizione e successivamente una di vaporizzazione. Queste trasformazioni di un liquido da uno stato iniziale ad uno finale vengono chiamate passaggi di stato.
La temperatura massima che un liquido può assumere prima di attraversare un passaggio di stato viene chiamata temperatura critica. Il valore della temperatura critica è specifica di ogni gas, cioè cambia da liquido a liquido.
Una sostanza che si trova oltre la sua temperatura critica viene definita gas.
Una sostanza che si trova tra la sua temperatura di ebollizione e la sua temperatura critica viene definita vapore.

IL GAS PERFETTO: EQUAZIONE DI STATO.
Per definire lo stato di un gas occorrono tre variabili, chiamate variabili di stato, e una costante specifica di ogni gas.
L’equazione di stato dei gas perfetti è: Pv = RT.
La v indica il volume specifico che ha come unità di misura m3/KG
P e T indicano i valori assoluti rispettivamente della pressione e della temperatura.
La R indica una costante specifica di ogni gas che è misurata in J/(Kg*K).
L’equazione di stato è utilizzabile per tutti i tipi di gas, anche se è stata fatta per effettuare calcoli solo con i gas perfetti. Quest’ultimi sono dei gas in cui non esiste la forza di attrazione tra le varie molecole.
LE TRASFORMAZIONI
Per rappresentare graficamente le trasformazioni che un gas può compiere occorre utilizzare un grafico con coordinate P,v.
Le trasformazioni principali che può compiere un gas sono cinque:
➢ Trasformazione Isobara. Durante la trasformazione il gas mantiene la stessa pressione, ma il volume e la temperatura cambiano in modo proporzionale. La legge che si utilizza quando si è in presenza di una trasformazione isobara è: Tc/Tb=vc/vb.
➢ Trasformazione Isocora. Durante questo tipo di trasformazione il gas mantiene lo stesso volume, ma la temperatura e la pressione variano in modo proporzionale. La legge che si utilizza quando si è in presenza di una trasformazione isocora è: Ta/Tb=Pa/Pb.

➢ Trasformazione isoterma. Durante la trasformazione il gas mantiene la stessa temperatura, ma la pressione e il volume variano in modo proporzionale. La legge che si utilizza quando si è in presenza di trasformazione isoterme è: Pc*vc = Pa*va.

➢ Trasformazione adiabatica. Durante la trasformazione non avviene uno scambio di calore tra il gas e l’esterno. La legge che si utilizza quando si è in presenza di una trasformazione adiabatica è: P*vk = cost. L’esponente K che viene assegnato al volume è numero che dipende dalla struttura atomica del gas.

➢ Trasformazione politropica. Durante questo tipo di trasformazione nessuna delle tre variabili di stato si mantiene costante, ma variano tutte e tre in modo proporzionale. Le legge che si utilizza quando si è in presenza di una politropica è: P*vn=cost. L’esponente N che viene assegnato al volume ha tre caratteristiche:
• Il valore di N è compreso tra 0 e 1 se la politropica è posta tra la l’isobara e l’isoterma.
• Il valore di N è compreso tra 1 e K se la politropica è posta tra l’isoterma e l’adiabatica.
• Il valore di N è maggiore di K se la politropica è posta tra l’adiabatica e l’isocora

L’ENERGIA TERMICA
L’EQUILIBRIO TERMICO
Accostando due corpi di diversa temperatura si può assistere al passaggio di calore dal corpo più caldo a quello più freddo; in questo modo, dopo poco tempo, i due avranno la stessa temperatura.
Questo fenomeno irreversibile, a cui sono soggetti i corpi non isolati da pareti adiabatiche, viene chiamato equilibrio termico stabile.
LA CAPACITA’ TERMICA
La capacità termica massiccia è la quantità di calore che bisogna fornire per far variare di un grado la temperatura di un chilo di materia. L’unità di misura della capacità termica è J/(Kg*K).
Il flusso termico è il rapporto tra la quantità di calore scambiato ed il tempo impiegato. La formula del flusso termico è = Q//t, e quindi l’unità di misura è W = J/s
ENRGIA INTERNA E TEMPERATURA
Durante la scambio di temperatura di due corpi si ha anche lo scambio di altre energie, oppure si hanno delle trasformazioni di energia termica in meccanica. A causa di ciò si è stabilito che il calore deve essere inteso come una energia interna di un corpo, oppure come scambio di energia tra corpi di diverse temperature.
L’energia dei legami tra le molecole e l’energia causata dal movimento di quest’ultime costituisce l’energia termica interna.
Nei gas perfetti si può calcolare la variazione dell’energia interna utilizzando soltanto la temperatura. Ciò è dovuto al fatto che nei gas perfetti l’energia interna è in funzione soltanto della temperatura.
Lo scambio termico è il passaggio di energia da un corpo all’altro causato da una differenza di temperatura.
LA TRASMISSIONE DEL CALORE
La propagazione dell’energia termica che avviene senza il movimento della materia visibile dall’esterno viene chiamata conduzione.
Il coefficiente di conduzione (() indica il comportamento dei materiali nella conduzione. L’unità di misura della conduzione è:W/(m*K). Sono buoni conduttori di calore i materiali che hanno un * elevato, mentre quelli con poca propagazione del calore vengono definiti materiali isolanti.
La propagazione del calore, tra una superficie ed un fluido, che avviene attraverso moti convettivi viene chiamata convezione. Il flusso trasmesso per convezione tra una superficie ed un fluido con una differenza di temperatura viene chiamato coefficiente di convezione ((). Il valore di ) dipende dalle caratteristiche del fluido, dalla sua velocità, dalla forma, dall’orientamento della superficie e dalle temperature. La convezione forzata si ha quando la trasmissione viene aiutata da un mezzo esterno; al contrario quando la trasmissione avviene senza interferenze esterne viene chiamata convezione naturale.
Quando tra due corpi con temperature diverse si ha un trasferimento di energia, per mezzo di radiazione elettromagnetiche, si è in presenza di un irraggiamento.

FONTI DI ENERGIA. LA COMBUSTIONE
L’energia termica viene formata da una combustione nella quale viene trasformata e liberata l’energia chimica presente in sostanze allo stato liquido, gassoso e solido. Ci sono altri modi per formare l’energia termica, come, per esempio, le radiazioni solari, le emissioni geotermiche e le reazioni nucleari.
LA COMBUSTIONE
La combustione è una reazione chimica tra diverse sostanze chiamate comburente e combustibili. La temperatura di accensione è la temperatura minima con la quale può avvenire una combustione. La temperatura d’infiammabilità è la temperatura in cui in gas può bruciare in aria in presenza di una fiamma. Sia la temperatura di accensione che quella d’infiammabilità sono specifiche di ogni materiale.
Il potere calorifero inferiore Hi è il calore ottenuto dalla combustione di 1Kg, escluso quello assorbito durante la produzione di vapore acqueo. L’unità di misura del potere calorifero inferiore è J/Kg.
Il potere calorifero superiore è ottenuto tenendo conto anche del calore assorbito durante la produzione di vapore acqueo.
L’aria teorica At è la quantità di aria necessaria per la combustione di 1 Kg di combustibile.
L’eccesso d’aria necessario per la combustione aumenta passando dai combustibili gassosi a quelli solidi.
Se durante la combustione si ha una scarsità di ossigeno si avrà una perdita di combustibile.
. indica l’efficienza della combustione ed è il rapporto tra Qu e Hi. Qu indica il calore effettivamente prodotto per Kg mentre Hi indica il potere calorifero inferiore.