Prima legge di Gay-Lussac

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Animazione che spiega la prima legge di Gay-Lussac

La prima legge di Gay-Lussac, nota all'estero come legge di Charles e chiamata anche prima legge di Volta Gay-Lussac, afferma che in una trasformazione isobara, ovvero in condizioni di pressione costante, il volume di un gas ideale è direttamente proporzionale alla temperatura assoluta.

La legge prende in lingua italiana il nome dal chimico-fisico francese Joseph Louis Gay-Lussac, che la formulò nel 1802. Il nome legge di Charles deriva invece dal francese Jacques Charles che scoprì la legge una quindicina d'anni prima, senza tuttavia pubblicare i risultati delle sue ricerche[1]. Anche l'inglese Francis Hauksbee pervenne allo stesso risultato già nel 1708, senza peraltro darne una formulazione matematica rigorosa.

Nel 1791 il fisico italiano Alessandro Volta compì analoghe ricerche sulla dilatazione dei gas, anticipando nuovamente i risultati di Gay-Lussac. Per questo la legge sull'espansione dei gas ideali è anche detta prima legge di Volta Gay-Lussac.

Formulazione matematica e conseguenze fisiche[modifica | modifica wikitesto]

Rappresentazione grafica della Legge di Volta Gay-Lussac

Indicando con V_0 il volume di una quantità fissata di gas alla temperatura di 0^\circ C e con V il suo volume alla temperatura Celsius t, la legge è espressa matematicamente dalla relazione:[2]

V=V_0(1 + \alpha t)

Il parametro α è detto coefficiente di dilatazione termica ha le dimensioni dell'inverso della temperatura perché il prodotto α t deve essere adimensionale.

Per un gas ideale il coefficiente di dilatazione vale circa 3,663 · 10−3 °C−1, pari a circa 1/273 °C−1.

Raccogliendo a fattor comune la costante α si ottiene:

V=V_0\alpha \Bigl(\frac{1}{\alpha} +t\Bigr)

Quindi, se T indica la temperatura assoluta del gas, cioè

T=t+\frac{1}{\alpha}

la prima legge di Gay Lussac prende la forma più semplice

V =V_0\alpha T

che si può formulare così:

« a pressione costante, il volume di un gas è direttamente proporzionale alla sua temperatura assoluta »

La legge prevede che un gas ideale abbia volume nullo in corrispondenza di una temperatura

t=-\frac{1}{\alpha}=-273,15^\circ C,

detta zero assoluto. Tutti i gas reali però si liquefano prima di giungere a tale temperatura: l'azoto a −196 °C, l'idrogeno a −253 °C. L'elio liquefa a −269 °C e segue la legge di Gay-Lussac più o meno fino a quella temperatura.

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

Note[modifica | modifica wikitesto]

  1. ^ (FR) Antoine Laurent de Lavoisier e Louis-Bernard Guyton de Morveau, Annales de chimie ou Recueil de mémoires concernant la chimie et les arts qui en dépendent, chez Joseph de Boffe. URL consultato il 06 febbraio 2016.
  2. ^ Silvestroni, p. 163

Bibliografia[modifica | modifica wikitesto]

  • Paolo Silvestroni, Fondamenti di chimica, 10ª ed., CEA, 1996, ISBN 88-408-0998-8.
  • Sergio Rosati, Fisica Generale, Casa Editrice Ambrosiana, Milano, 1978, ISBN 8840808019

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