Fisica: la legge di Boyle-Mariotte
Introduzione
La legge di Boyle-Mariotte afferma che, a temperatura costante per una massa fissa, la pressione assoluta e il volume di un gas sono inversamente proporzionali. La legge può anche essere indicata in modo leggermente diverso, ovvero che il prodotto della pressione assoluta e volume è sempre costante. La legge prende il nome dal chimico-fisico inglese Robert Boyle, che ha pubblicato la legge originale nel 1662, e dal fisico francese Edme Mariotte, che formulò la legge sulla compressibilità dei gas. Matematicamente, la legge può essere indicata come: P? 1/V, oppure P V = k, dove P è la pressione del gas, V è il volume di del gas, e k è una costante. Ecco alcune nozioni di fisica più approfondite circa la legge di Boyle-Mariotte.
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La pressione
La legge dice che: La pressione esercitata da una forza fisica è inversamente proporzionale al volume di una massa gassosa, finché la sua temperatura rimane costante. O in termini più semplici: a temperatura costante, il volume di una massa fissa di gas è inversamente proporzionale alla pressione che esercita. Matematicamente si può esprimere come segue: PV = k dove k è costante se la temperatura e la massa del gas rimangono costanti. La legge di Boyle-Mariotte, afferma altresì che la pressione e il volume di un gas hanno una relazione inversa quando la temperatura viene mantenuta costante. Se il volume aumenta, la pressione diminuisce, e viceversa quando la temperatura viene mantenuta costante. Pertanto, quando il volume viene dimezzato, la pressione viene raddoppiata; e se il volume è raddoppiato, la pressione si dimezza. Quella di Boyle-Mariotte è una legge sperimentale dei gas che descrive come la pressione tende a diminuire ad aumentare del volume di un gas. La pressione assoluta esercitata dalla massa di un gas è inversamente proporzionale al volume che esso occupa se la temperatura e la quantità del gas rimangono invariati in un sistema chiuso.
L'equazione
All'aumentare del volume, le particelle di gas (atomi o molecole) impiegano più tempo a raggiungere le pareti del contenitore e quindi si scontrano con esse meno volte per unità di tempo. Ciò significa che la pressione sarà inferiore poiché rappresenta la frequenza degli urti del gas contro le pareti. Quando il volume diminuisce, la distanza che le particelle devono percorrere è minore e quindi si producono più urti in ogni unità di tempo: la pressione aumenta. Quello che Boyle scoprì è che se la quantità di gas e la temperatura rimangono costanti, il prodotto di pressione e volume ha sempre lo stesso valore. L'equazione indica che il prodotto della pressione e del volume è una costante per una data massa di gas, finché la temperatura è costante. Per confrontare la stessa sostanza in due diverse serie di condizioni, la legge può essere utilmente espressa come P1 V1 = P2 V2. L'equazione mostra che, quando il volume aumenta, la pressione del gas diminuisce proporzionalmente. Analogamente, quando diminuisce il volume, la pressione del gas aumenta.
La temperatura
Finché la temperatura rimane costante, la stessa quantità di energia persiste, e quindi, teoricamente, il valore di k rimarrà costante. Tuttavia, a causa della derivazione della forza di pressione, l'applicazione della forza per una superficie non può essere infinitamente costante per tali valori di v, ma avrà un limite quando tali valori saranno differenti in un determinato tempo. Ad aumentare del volume del gas e mantenendo quest'ultimo alla temperatura misurata inizialmente, la pressione deve diminuire proporzionalmente. Viceversa, riducendo il volume del gas, aumenta la pressione. Questa legge è usata per predire il risultato dell'introduzione di un cambiamento di volume e pressione rispetto allo stato iniziale di una quantità fissa di gas.
Consigli
- All'aumentare del volume, le particelle di gas (atomi o molecole) impiegano più tempo a raggiungere le pareti del contenitore e quindi si scontrano con esse meno volte per unità di tempo. Ciò significa che la pressione sarà inferiore poiché rappresenta la frequenza degli urti del gas contro le pareti.