Le applicazioni pratiche delle leggi dei gas ideali

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Applicazioni pratiche delle leggi dei gas

Applicazioni della legge di Boyle

La legge di Boyle, detta anche isoterma, aﬀ erma che, a temperatura costante, la pressione di un gas perfetto è inversamente proporzionale al suo volume, in altre parole, che il prodotto della pressione del gas per il volume che esso occupa è costante:

PV = cost

Tale costante dipende dalla temperatura assoluta, dalla natura del gas e dal numero di moli.

La pressione di un gas, quindi, aumenta al diminuire del volume che esso è costretto a occupare e viceversa.

Molti gas sono immagazzinati in bombole dal volume molto più piccolo rispetto a quello che occuperebbero in condizioni normali, sotto elevata pressione.

Anche il funzionamento di una normale siringa sfrutta la legge di Boyle. Per aspirare un ﬂ uido, il pistone deve essere alzato: in questo modo, il volume all’interno della siringa aumenta e, di conseguenza, la pressione diminuisce. La pressione esterna, più elevata rispetto a quella interna, spinge il ﬂ uido dentro la siringa.

Un altro esempio dell’applicazione della legge isoterma dei gas ideali, applicata a una miscela di gas reali come l’aria, è il funzionamento del muscolo diaframma nel meccanismo respiratorio. Quando si inspira, il diaframma si abbassa permettendo ai polmoni di dilatarsi, facendo diminuire la pressione al loro interno.

Questa depressione richiama l’aria dall’esterno verso l’interno dei polmoni attraverso le vie aeree. Quando poi il diaframma si alza, schiaccia i polmoni facendo aumentare la pressione dell’aria al loro interno e la costringe a uscire.

Bombole di gas naturale che alimentano un’autovettura.

Funzionamento del muscolo diaframmatico nel meccanismo respiratorio.

INSPIRAZIONE ESPIRAZIONE

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Applicazioni pratiche delle leggi dei gas

Applicazioni della prima legge di Charles e Gay-Lussac

La prima legge di Charles e Gay-Lussac, detta anche isobara, aﬀ erma che, a pressione costante, il volume e la temperatura di una data massa di un gas rarefatto sono in relazione di proporzionalità diretta secondo la legge:

V = V₀ (1 + α T)

dove V₀ rappresenta il volume del gas alla temperatura T = 0 °C e α è il coeﬃ ciente di dilatazione termica che vale 1/273,16 °C^-1.

Durante il volo delle mongolﬁ ere, gli aeronauti applicano la legge di Charles. Poiché l’aria all’interno del pallone viene riscaldata, il suo volume aumenta, mentre la densità diminuisce.

La diﬀ erenza di densità tra l’aria calda, “più leggera” all’interno del pallone, e quella fredda, “più pesante”

all’esterno, genera una spinta idrostatica verso l’alto che mantiene sospesa la mongolﬁ era vincendo la forza peso che agisce su di essa. Abbassando la potenza del bruciatore, l’aria si raﬀ redda e diventa più densa permettendo al pallone aerostatico di scendere verso terra.

Un pallone aerostatico in volo.

Applicazioni della seconda legge di Charles e Gay-Lussac

La seconda legge di Charles e Gay-Lussac, detta anche isocora, aﬀ erma che, a volume costante, la pressione e la temperatura di una data massa di un gas rarefatto sono in relazione di proporzionalità diretta secondo la legge:

P = P₀ (1 + α T)

dove P₀ rappresenta la pressione del gas alla temperatura T = 0 °C e α è il coeﬃ ciente di dilatazione termica che vale 1/273,16 °C^-1.

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Applicazioni pratiche delle leggi dei gas

Nella vita di tutti i giorni questa legge trova applicazione pratica nella manutenzione dei pneumatici per auto. Essendo il loro volume in pratica costante, la pressione del gas contenuto in essi tende ad aumentare con la temperatura. In inverno, alle basse temperature, la pressione interna del gas sarà minore, mentre in estate l’alta temperatura tenderà a far aumentare la pressione. Per un corretto uso dei pneumatici è necessa- rio, quindi, tenere la pressione interna controllata secondo quanto indicato dalla casa costruttrice.

La pressione dei pneumatici varia con la temperatura.