Trasformazione Isocora
Seconda Legge di Gay-Lussac
Una trasformazione isocora è una trasformazione termodinamica nella quale
il volume del gas rimane costante. In queste condizioni, la pressione
di un gas è direttamente proporzionale alla sua temperatura assoluta.
Che cos’è una trasformazione isocora?
Il termine isocora deriva dal greco:
isos, che significa “uguale”, e chòra, che significa “volume”.
Una trasformazione isocora avviene quindi a volume costante.
Immaginiamo un gas contenuto in un recipiente rigido, cioè in un contenitore che non può
espandersi né comprimersi. Se il gas viene riscaldato, le molecole aumentano la propria
energia cinetica e si muovono più velocemente.
Poiché il volume disponibile non cambia, le molecole urtano più frequentemente e con
maggiore energia contro le pareti del recipiente. La conseguenza macroscopica è
l’aumento della pressione.
In una trasformazione isocora il volume resta costante, mentre possono variare
la temperatura e la pressione.
La Seconda Legge di Gay-Lussac
La Seconda Legge di Gay-Lussac afferma che, mantenendo costante il volume
di una determinata quantità di gas, la pressione è direttamente proporzionale alla
temperatura assoluta.
Questo significa che se la temperatura assoluta aumenta, aumenta anche la pressione;
se la temperatura assoluta diminuisce, diminuisce anche la pressione.
Se confrontiamo due stati diversi dello stesso gas, possiamo scrivere:
dove P indica la pressione del gas e T indica la temperatura
assoluta, misurata in kelvin.
Interpretazione microscopica
La legge di Gay-Lussac può essere spiegata osservando il comportamento delle molecole
del gas.
1. La temperatura aumenta
Le molecole assorbono energia e aumentano la loro energia cinetica media.
2. Le molecole si muovono più velocemente
Gli urti contro le pareti diventano più frequenti e più intensi.
3. La pressione aumenta
Le pareti del recipiente subiscono una forza maggiore per unità di superficie.
Il grafico pressione-temperatura
Questo accade perché la pressione e la temperatura assoluta sono direttamente proporzionali.
Se la temperatura assoluta raddoppia, anche la pressione raddoppia; se la temperatura
triplica, anche la pressione triplica.
Attenzione: la temperatura deve essere sempre espressa in kelvin, non in gradi Celsius.
Perché si usa la temperatura assoluta?
La legge di Gay-Lussac è valida solo se la temperatura è espressa nella scala Kelvin.
Infatti la proporzionalità diretta tra pressione e temperatura non funziona correttamente
usando i gradi Celsius.
Per esempio:
Esempio svolto
Un gas si trova in un recipiente rigido. La sua pressione iniziale è:
alla temperatura:
Il gas viene riscaldato fino alla temperatura:
Vogliamo calcolare la pressione finale.
Applichiamo la formula:
Ricaviamo la pressione finale:
Sostituiamo i valori numerici:
Applicazioni pratiche
Bombole di gas
Se una bombola viene riscaldata, la temperatura del gas aumenta e cresce anche
la pressione interna.
Pneumatici
Durante il moto gli pneumatici si riscaldano: l’aria interna aumenta di temperatura
e la pressione cresce.
Pentola a pressione
L’aumento della temperatura provoca un aumento della pressione del vapore
all’interno del recipiente.
In sintesi
Nella trasformazione isocora il volume del gas rimane costante.
Se la temperatura assoluta aumenta, aumenta anche la pressione;
se la temperatura assoluta diminuisce, diminuisce anche la pressione.
A volume costante, aumentare la temperatura significa aumentare la pressione.
