I gas come i liquidi sono forme fluide della materia che hanno la tendenza a riempire qualsiasi recipiente. Vi è una bassa forza di coesione delle particelle che non sono unite le une alle altre, ma si muovono liberamente in tutto lo spazio disponibile.
Per poter definire con esattezza un gas dobbiamo indicare contemporaneamente il volume (V), che viene indicato in metri cubi, la pressione (P) indicata in Pa (pascal) 1 pascal = 1 Newton diviso 1 metro quadro, il cui valore è dato dal rapporto tra forza e superficie P = F/S, e temperatura indicata con T per la scala Kelvin o t per i gradi centigradi.
Queste grandezze sono connesse tra loro da relazioni matematiche, le leggi dei gas. In tutti i gas a pressioni non molto elevate, le molecole sono libere le une dalle altre, infatti sono molto sensibili alle variazioni di temperatura, pressione e volume.
Queste grandezze sono connesse tra loro da relazioni matematiche, le leggi dei gas. In tutti i gas a pressioni non molto elevate, le molecole sono libere le une dalle altre, infatti sono molto sensibili alle variazioni di temperatura, pressione e volume.
Il comportamento appena descritto si può spiegare facendo riferimento alla teoria cinetico-molecolare che utilizza il modello di gas ideale o perfetto, le cui particelle presentano precise caratteristiche. Queste cioè devono essere:
puntiformi, quindi avere un volume trascurabile rispetto a quello occupato da tutto il gas,
capaci di non attrarsi reciprocamente perché distanti tra loro,
capaci di movimento caotico spostandosi in tutte le direzioni, entrando in collisione elastica con le altre particelle del gas e con le pareti del contenitore senza disperdere energia,
puntiformi, quindi avere un volume trascurabile rispetto a quello occupato da tutto il gas,
capaci di non attrarsi reciprocamente perché distanti tra loro,
capaci di movimento caotico spostandosi in tutte le direzioni, entrando in collisione elastica con le altre particelle del gas e con le pareti del contenitore senza disperdere energia,
Un simile modello di gas descrive il comportamento anche dei gas reali, quando questi si trovano a temperatura superiore a quella di liquefazione e risultano rarefatti.
Questa legge risulta valida per i gas a comportamento ideale e a temperatura costante.
Robert Boyle (1662) dimostrò che il volume occupato da un gas è inversamente proporzionale alla pressione cui è sottoposto, se la temperatura è costante.
Legge di Boyle (legge isoterma)
Questa legge risulta valida per i gas a comportamento ideale e a temperatura costante.
Robert Boyle (1662) dimostrò che il volume occupato da un gas è inversamente proporzionale alla pressione cui è sottoposto, se la temperatura è costante.
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| Rappresentazione grafica della legge di Boyle a varie temperature |
La legge si esprime così:
P x V = Kostante se t = costante
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| Animazione che spiega la legge di Boyle |
Questa legge si può verificare sperimentalmente usando un cilindro munito di un pistone mobile, nel quale è contenuto il gas. Vedi animazione e video sopra. Il pistone permette di variare il volume: se il pistone scende lungo il cilindro il volume diminuisce e la pressione del gas aumenta. Dimezzando o riducendo ad un terzo il volume del gas la pressione di questo raddoppia o triplica.
Riportando in un diagramma i valori di pressione e volume si otterrà una curva che è caratteristica della proporzionalità inversa.