Prima legge di Gay-Lussac

Animazione che spiega la prima legge di Gay-Lussac

La prima legge di Gay-Lussac, nota anche come legge di Volta Gay-Lussac, afferma che in condizioni di pressione costante il volume di un gas aumenta linearmente con la temperatura.

La legge prende il nome dal chimico-fisico francese Joseph Louis Gay-Lussac (1778-1850), che la formulò nel 1802. Il nome di legge di Charles deriva invece dallo scienziato francese Jacques Charles che scoprì la legge una quindicina d'anni prima, senza tuttavia pubblicare i risultati delle sue ricerche. Nel 1791 il fisico italiano Alessandro Volta compì analoghe ricerche sulla dilatazione dei gas anticipando i risultati di Gay-Lussac. Per questo la legge sull'espansione dei gas è anche detta legge di Volta Gay-Lussac.

Formulazione matematica e conseguenze fisiche

Rappresentazione grafica della Legge di Volta Gay-Lussac

Indicando con V₀ il volume del gas alla temperatura di 0 °C e con V(T) il volume ad una temperatura T > 0, questa legge è espressa matematicamente dalla relazione:

$V(T)={V}_0 \cdot (1 + \alpha T)$

con T in °C.

Il parametro α è detto coefficiente di espansione dei gas e vale per tutti i gas circa 3,663 · 10⁻³ °C ⁻¹, pari a circa 1/273 °C ⁻¹ (le dimensioni di α sono °C ⁻¹ perché il prodotto α T deve essere adimensionale).

α rappresenta quindi l'aumento di volume subito da un volume unitario di gas quando la sua temperatura aumenta di 1 °C. Ad esempio, se la temperatura del gas aumenta da 0 a 100 °C, il volume del gas a 100 °C è V(100) = V₀(1 + 0,3663) = 1,3663 V₀; il volume del gas aumenta cioè del 36% circa.

Se la temperatura viene ridotta a valori inferiori a 0 °C, allora il volume V(T) viene proporzionalmente ridotto; l'equazione prevede che il volume V si annulli in corrispondenza di una temperatura T=-1/α= −273,15 °C. Tale temperatura è detta zero assoluto. In realtà la maggior parte dei gas si liquefa prima di giungere a tale temperatura: l'azoto a −196 °C, l'idrogeno a −253 °C.

L'elio tuttavia liquefa solo a −269 °C e segue la legge di Gay-Lussac più o meno fino a quella temperatura. Se si utilizza la scala assoluta di temperatura (scala kelvin), allora la prima legge di Gay Lussac prende la forma più semplice

$V(T)={V}_o \cdot {\alpha}\cdot T$

con T in K.

La prima legge di Gay Lussac è sperimentalmente verificata per pressioni non troppo elevate e per temperature non troppo prossime alla temperatura di liquefazione del gas, ovvero quando il gas si comporta come un gas ideale. In tal senso, essa è una "legge limite", essendo rigorosamente vera solo per condizioni che si avvicinano alla condizione limite di gas ideale (al quale si avvicinano tutti i gas per pressione molte basse e temperature molto alte).

Bibliografia

• Paolo Silvestroni, Fondamenti di chimica, 10^a ed., CEA, 1996. ISBN 8840809988
• Sergio Rosati, Fisica Generale, Casa Editrice Ambrosiana, Milano, 1978, ISBN 8840808019

Voci correlate

• Seconda legge di Gay-Lussac

Collegamenti esterni

• La legge isobara dei gas (legge di Gay-Lussac)
• Animazione gas perfetti: aumentando la temperatura (cursore a sinistra) a pressione fissata, si può vedere l'aumento del volume del gas.

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