Gas teoria cinetica dei gas

 


Gas teoria cinetica dei gas

 

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Gas teoria cinetica dei gas

 

La teoria cinetica dei gas

La teoria cinetica  dei gas considera  i gas come sistemi costituiti da un grandissimo numero di particelle (molecole o atomi) animate da un continuo movimento , perfettamente elastiche ,e libere di muoversi le une rispetto alle altre senza reciproche interazioni  a distanze relativamente grandi fra loro. Questa schematizzazione vale solo per i gas perfetti , o per i gas realii a temperatura sufficientemente  elevata da rendere trascurabile la coesione delle molecole rispetto alla loro energia cinetica .secondo questo punto di vista , le grandezze macroscopiche o termodinamiche che caratterizzano lo stato e il comportamento di un gas debbono essere interpretate come la risultante statica del comportamento di tutte le particelle che costituiscono il gas.
Nella realtà , nelle condizioni ambiente la maggior parte  dei gas , elementi o composti ,è è formata da molecole , con l’eccezione dei gas nobili;a elevata temperatura  le molecole di numerosi gas si dissociano negli atomi costituenti .
La teoria cinetica stabilisce un nesso fra il comportamento statico di un grandissimo numero di particelle che seguono la legge della meccanica e le grandezze termodinamiche  che caratterizzano lo stato dell’insieme macroscopicamente determinabile. Conseguenza fondamentale di questo nesso è la corrispondenza fra moto delle molecole e temperatura; la temperatura di un gas  è tanto più elevata quanto maggiore è l’energia cinetica media  delle particelle , molecole atomi che lo costituiscono.
Riscaldando un gas  a volume costante gli si somministra  una certa quantità di energia sotto forma di calore che va ad aumentare l’energia cinetica media  delle particelle  che lo costituiscono , e questo fatto  si manifesta in termini  macroscopici , sottraendo invece il calore 
ad un gas nelle stesse condizioni, la diminuzione della temperatura sarà determinata  dalla conseguente diminuzione dell’energia cinetica  delle particelle che formano il gas. Considerando quindi l’energia cinetica si potrà calcolare  la pressione e la temperatura con il modello cinetico . Per esempio considerando un gas monoatomico , varrà la seguente formula :

 

                                              P=2/3 Ecmedia N/V

 

 Dove V è il volume  occupato dal gas  ed N il numero di molecole .
La pressione è proporzionale  alla densità delle molecole :Inoltre la pressione è proporzionale all’energia cinetica media delle molecole, dunque è proporzionale   al quadrato della velocità media delle  molecole
Questa legge stabilisce  un legame fra pressione , volume l’energia cinetica media delle molecole del gas:Pressione e volume sono grandezze macroscopiche , direttamente misurabili, mentre l’energia cinetica media delle molecole è una grandezza microscopica.,
Quindi potremmo calcolarci anche la temperatura con il modello cinetico scrivendo la precedente formula di Bernulli in modo diverso :


                                        pV=2/3NEcmedia

 

ricordando che vale l’equazione di stato dei gas perfetti       

 

                                    

 pV=NKT

dividendo entrambi i membri per 2/3 N otterremo che :


                                        Ec media =3/2 KT

 

Quindi l’energia cinetica  delle molecole è direttamente proporzionale alla temperatura assoluta dei gas .
Le leggi sperimentali di Boyle, di Gay-Lussac e di Charles possono essere interpretate  mediante la teoria cinetica molecolare, tenendo presente  che la pressione di un gas è dovuta ad urti  delle molecole contro le pareti del contenitore.
Supponiamo che il volume a disposizione  di un gas venga ridotto:In tal caso  il numero di urti delle molecole sulle pareti  del recipiente aumenta; perciò il gas  esercita una pressione maggiore  sulle pareti :Il volume  diluisce e la pressione aumenta  in modo che il prodotto delle due grandezze  rimane costante .Pertanto ritroviamo la legge di Boyle.
Se il gas è racchiuso in  un contenitore rigido ; cioè a volume  costante , un aumento della temperatura  produce un aumento dell’energia cinetica media delle molecole.

Il numero di urti sulle pareti per unità di tempo aumenta  e perciò aumenta anche la pressione interna  del gas .Ritroviamo la legge di Charles: a volume costante, un aumento della temperatura  produce un aumento di pressione del gas.
Quando la temperatura di un gas aumenta , aumenta l’energia cinetica media delle molecole .Ne deriva che aumenta la frequenza degli urti contro le pareti del recipiente sia la forza che ogni molecola esercita nell’urto. Questi aumenti  tenderebbero a far  aumentare la pressione, ma se essa è mantenuta costante, il gas si espande e quindi aumenta il volume :

Ritroviamo la legge di
Gay-Lussac: a pressione costante un aumento di temperatura fa aumentare il volume occupato dal gas.

 

Fonte: estratto da http://www.francescozumbo.it/zumbo/lavori-studenti/2008/cd-5g-2007-2008/lavori/5g-2007-2008-valeria-morabito-gas.doc

Sito web da visitare: http://www.francescozumbo.it/

Autrice del testo: Morabito Valeria

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