Gas ideale

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In un diagramma p-V (piano di Clapeyron), le isoterme di un gas ideale sono rappresentate da iperboli equilatere.

Un gas ideale è un modello ideale di gas per cui varrebbero anche a basse temperature e alte densità le tre leggi fisiche dei gas perfetti (legge di Boyle-Mariotte, prima legge di Gay-Lussac o legge di Charles, seconda legge di Gay-Lussac), ovvero che rispetta la legge dei gas perfetti:[1]

 p V = n R T

in cui p è la pressione, V è il volume, n è il numero di moli, R è la costante dei gas perfetti (circa 8,314 J/K·mol) e T è la temperatura.

Proprietà di un gas ideale[modifica | modifica sorgente]

Per gas ideale si intende un gas che possieda le seguenti proprietà:

  • le molecole sono puntiformi;
  • interagiscono tra loro e con le pareti del recipiente mediante urti perfettamente elastici (ovvero non vi è dispersione di energia cinetica durante gli urti);
  • non esistono forze di interazione a distanza tra le molecole del gas: le molecole si dicono non interagenti;
  • le molecole del gas sono identiche tra loro e indistinguibili.

In conseguenza di ciò:

  • il gas non può essere liquefatto per sola compressione;
  • il calore specifico è costante, mentre nei gas reali è funzione della temperatura.

In un gas ideale l'energia cinetica media delle molecole del gas è direttamente proporzionale alla temperatura:

E_c=\frac{1}{2}mv^2 \propto T

I gas reali vengono descritti dalla legge dei gas perfetti con buona approssimazione solo quando la pressione è sufficientemente bassa e la temperatura sufficientemente alta. In caso contrario si usa la legge dei gas reali.

Energia interna[modifica | modifica sorgente]

In generale si ha che:

dU = \left( {\partial U\over \partial T} \right) dT + \left( {\partial U\over \partial V} \right) dV

Considerando i risultati matematici dell'esperienza di Gay-Lussac per l'espansione libera di un gas perfetto:

 \left( {\partial U\over \partial V} \right) = 0
 \left( {\partial U\over \partial p} \right) = 0

e sostituendo nel differenziale precedentemente calcolato, ottengo:

dU = \left( {\partial U\over \partial T} \right) dT

Ovvero per i gas perfetti l'energia interna è funzione solamente della temperatura. Inoltre considerando una trasformazione isocora (a volume costante ovvero dL = 0), ottengo che dU = delta Q, e sostituendo nell'equazione precedente:

dU = \left( {\partial Q\over \partial T} \right) dT = C_v dT

sostituendo ancora questa nel primo principio:

\ dU= \delta Q - \delta L :
\delta Q = C_v dT + pdV

Questa è la forma del primo principio per i gas perfetti (con Cv capacità termica per trasformazione a volume costante).

Entalpia[modifica | modifica sorgente]

Per il gas ideale anche l'entalpia è funzione solamente della temperatura:

\ dH = C_p dT

dove Cp è la capacità termica a pressione costante.

Note[modifica | modifica sorgente]

  1. ^ (EN) IUPAC Gold Book, "ideal gas"

Voci correlate[modifica | modifica sorgente]