LA TEORIA CINETICA DEI GAS

Documenti analoghi
Dinamica molecolare. Moto molecolare, energia interna. e conservazione dell'energia

Le idee della chimica

1. Lo studio dei gas nella storia 2. I gas ideali e la teoria cinetico-molecolare 3. La pressione dei gas 4. La legge di Boyle o legge isoterma 5.

LA MATERIA ED I SUOI STATI

approfondimento Fasi e cambiamenti di fase

Lo stato gassoso. Particelle con volume proprio trascurabile puntiformi

Lo stato gassoso. L atmosfera terrestre è il sistema gassoso in cui siamo immersi

Lo stato gassoso gas. Caratteristiche dello stato gassoso. liquido. solido. assenza di volume proprio forma fluida

Legge di stato dei gas ideali

Un modello per il gas ideale

Esploriamo la chimica

Teoria cinetica dei Gas. Gas Ideali Velocità quadratica media Termodinamica dei gas ideali

LEGGI DEI GAS. Gas sono sostanze sprovviste di forma e volume proprio

GAS IDEALI (o gas perfetti )

Energia interna. 1 se non durante gli urti

Approfondimenti. Rinaldo Rui. ultima revisione: 29 maggio 2019

Distribuzione di densità

4b.Quantità di moto e urti

Stati di aggregazione della materia. dal microscopico al macroscopico: struttura. interazioni GASSOSO. proprietà SOLIDO LIQUIDO

CONVENZIONE SUI SEGNI

Calcolo di Integrali

Il Gas Ideale. Il gas ideale é un'astrazione

Diagramma di stato di H 2 O

Queste proprietà derivano dalla grande distanza che separa le molecole che compongono un gas.

Gas ideale: velocità delle particelle e pressione (1)

Il moto casuale. posizione espressa in passi passi a destra passi a sinistra

Stati di aggregazione della materia. GAS Volume e forma indefiniti LIQUIDO Volume definito, forma indefinita SOLIDO Volume e forma definiti

LO STATO GASSOSO. S: Forma e volume propri L: Volume proprio forma del contenitore G: Volume e forma del contenitore

Lez 14 16/11/2016. Lezioni in didattica_fisica/did_fis1617/ E. Fiandrini Fis Sper e Appl Did 1617

Stati di aggregazione della materia

Bagatti, Corradi, Desco, Ropa. Chimica. seconda edizione

Esame 28 Giugno 2017

LICEO CLASSICO VITTORIO EMANUELE II

FAM. 1. Determina la forza risultante sulla spira, cosa puoi dedurre sull equilibrio della spira?

QUANTITA' DI MOTO SECONDA LEGGE DI NEWTON QUANTITA' DI MOTO* SECONDA LEGGE DI NEWTON (espressione equivalente) * In inglese momentum

Corso di laurea in Comunicazioni Digitali Compito di Fisica 26 Febbraio 2003

Lezione 25: Un approccio macroscopico all equazione dei gas

Lezione 22: Il modello di gas ideale

Dipartimento di Scienze Chimiche. Ambiente. Sistema

1 Termodinamica. 2 Definizioni termodinamica. Termodinamica

ISTITUTO D ISTRUZIONE SECONDARIA SUPERIORE E. FERDINANDO MESAGNE INDIRIZZI SCIENTIFICO-COMMERCIALE-COREUTICO ANNO SCOLASTICO 2014/2015

Soluzione degli esercizi della seconda prova in itinere di Meccanica del 13/01/2017

I gas. ChimicaGenerale_lezione10

La quantità di moto. Il masso ha più quantità di moto della persona in fuga.

Teoria Cinetica Molecolare dei Gas Ideali

SISTEMA TERMODINAMICO STATO TERMODINAMICO

b) Essendo p A V A = p C V C ne risulta T C = T A = 300 K.

Leggi ricavate da osservazioni sperimentali : mantenendo costante due dei 4 parametri, come variano gli altri due?

Ultima verifica pentamestre. 1)definizione di miscuglio, soluzione, composto, elemento, molecola ( definizione importantissima!!!!!!!!

Termodinamica. Marcello Borromeo corso di Fisica per Farmacia - Anno Accademico

1.Pressione di un Gas

Corso di laurea in Comunicazioni Digitali Compitino di Fisica 15 Novembre 2002

Prova Scritta Completa-Fisica 9 CFU Corso di Laurea in Tossicologia dell ambiente e degli alimenti Luglio 2013

Elementi che esistono come gas a 25 0 C and 1 atmosfera 5.1

Prova scritta di Fisica Generale I Corso di studio in Astronomia 16 luglio 2013

L equilibrio dei gas. Lo stato di equilibrio di una data massa di gas è caratterizzato da un volume, una pressione e una temperatura

Verifica sommativa di Fisica Cognome Nome Data Voto

Prima verifica A. v.limite o di sedimentazione : v sed = 2 9 gr2 d gl d pl

CORSO DI LAUREA IN SCIENZE BIOLOGICHE Prova scritta di FISICA 21 luglio 2011

Risultati esame scritto Fisica 1 15/06/2015 orali: alle ore presso aula G2

Lo stato gassoso e le sue proprietà

Lavoro. Esempio. Definizione di lavoro. Lavoro motore e lavoro resistente. Lavoro compiuto da più forze ENERGIA, LAVORO E PRINCIPI DI CONSERVAZIONE

1) Che cos é la pressione? Qual è la sua unità di misura nel S.I.?

ATOMI E MOLECOLE. ATOMO= unità più piccola di un elemento che ne mantiene le caratteristiche chimiche.

Programma svolto a.s. 2015/2016. Materia: fisica

GAS. Forze di legame intermolecolari ridotte Stato altamente disordinato

ICEO SCIENTIFICO STATALE ALESSANDRO ANTONELLI. Via Toscana, NOVARA / C.F Cod.Mecc.

Termodinamica. energia associata ai componenti microscopici (atomi-molecole) del sistema.

Termodinamica. include: traslazionale, rotazionale e vibrazionale di atomi e molecole. mondo macroscopico [oggetti complessi esseri viventi]

CORSO DI LAUREA IN SCIENZE BIOLOGICHE Prova scritta di FISICA 30 gennaio 2012

Chimica. Gli stati di aggregazione della materia

PRIMI ELEMENTI DI TERMODINAMICA. La termodinamica studia le leggi con cui i sistemi scambiano (cedono e ricevono) energia con l ambiente.

Leggi dei gas Equazione di stato dei gas perfetti

L ENERGIA E LA QUANTITÀ DI MOTO

LE PROPRIETA DELLA MATERIA

GAS IDEALI E REALI. Prendiamo ora in considerazione un sistema particolare termodinamico: il gas. Un gas è un fluido con le seguenti caratteristiche:

Liceo Scientifico Statale Severi Salerno

= τ MOTO ROTOTRASLATORIO DI UN CORPO RIGIDO. Equazioni cardinali. Prima equazione cardinale:

Chimica generale. Corsi di laurea in - Tecnologie alimentari per la ristorazione - Viticoltura ed enologia - Tecnologia agroalimentare PARTE 3

Liceo Scientifico Statale Severi Salerno

LA TEORIA CINETICA DEI GAS.

PRESSIONE GAS PERFETTI

Lavoro nel moto rotazionale

Termodinamica Chimica

Lez 15 22/11/2016. Lezioni in didattica_fisica/did_fis1617/ E. Fiandrini Fis Sper e Appl Did 1617

Università degli Studi di Milano. Facoltà di Scienze Matematiche Fisiche e Naturali

7. TERMODINAMICA. La termodinamica studia le proprietà dei sistemi di particelle da un punto di vista macroscopico.

SCALA TERMOMETRICA CELSIUS

F (t)dt = I. Urti tra corpi estesi. Statica

Il prodotto della pressione per il volume di una determinata massa gassosa è direttamente proporzionale alla temperatura assoluta: PV = KT

GLI STATI DI AGGREGAZIONE DELLA MATERIA. Lo stato gassoso

La materia e le sue proprietà

Esercitazione 7. Soluzione. Il sistema è isolato, quindi l energia totale si conserva. Applicando il primo principio della termodinamica si ottiene:

Lezione 8. Campo e potenziale elettrici

Transcript:

LA TEORIA CINETICA DEI GAS Le teorie microscopiche Le proprietà degli atomi e delle molecole spiegano le proprietà che riscontriamo nei sistemi macroscopici. Grandee microscopiche Massa di una molecola Energia di una molecola Velocità di una molecola Le molecole si attraggono a breve distana Le molecole si respingono quando avvicinate Le molecole sono in perpetuo movimento Grandee macroscopiche Pressione del gas Volume del gas Temperatura del gas L acqua mantiene il proprio volume nello stato liquido perché le molecole esercitano fore attrattive le une sulle altre (nello stato di vapore invece ogni molecola è 10 volte più lontana rispetto allo stato liquido: le fore attrattive sono minori). Il volume dell acqua è difficilmente comprimibile. Diffusione di una goccia di inchiostro in acqua, o di un profumo in una stana chiusa. 1

Obiettivo Ricavare una relaione tra grandee macroscopiche (ad es. P) e grandee microscopiche (ad es. v). Ipotesi 1. Il gas è perfetto. 2. Tutte le molecole sono di uguale massa e hanno uguale velocità. 3. Il numero di molecole è abbastana elevato da essere statisticamente significativo. 4. Le molecole si muovono in modo casuale, obbedendo alle leggi di Newton. 5. L urto delle molecole con le pareti del contenitore è elastico e rispetta le leggi della riflessione. 6. Le molecole non si urtano tra di esse. 7. Le molecole non hanno struttura (sono assimilabili a sfere). L = lato del cubo N = molecole di gas m = massa di ogni molecola v = velocità di ogni molecola P = pressione del gas V = volume del gas (V=L 3 ) T = temperatura del gas Calcoliamo la pressione P del gas nel cubo. Calcoliamo la pressione delle molecole del gas su una delle pareti del cubo (visto che il gas occupa tutto il volume del cubo, la pressione sarà uguale su tutte le pareti). F (par mol) F (mol par) P = F (molecole parete) = N F media (molecola parete) F Fora reale molecola-parete Osservando il grafico e ricordando la definiione di impulso (I = F ): I = F media F media = I I Fora media molecola-parete F media I t 1 t 2 t = N I (molecola parete) 2

= N I (molecola parete) è l intervallo di tempo tra un urto della molecola con la parete e il successivo: v = s I (molecola parete) è, per il tero principio della dinamica, l opposto di I (parete molecola) : I (mol par) = F (mol par) = = F (par mol) = I (par mol) Per il teorema dell impulso (I = p), l impulso esercitato dalla parete sulla molecola è uguale alla variaione di quantità di moto della molecola stessa: I (par mol) = p (mol) = s v = 2L v Spaio percorso tra 2 urti Velocità di spostamento lungo = N p mol 2L v = N v p mol 2 L 3 v 1 v 1 v 1 URTO COMPLETAMENTE ELASTICO L ENERGIA CINETICA SI CONSERVA v 2 E C1 mol + E C1 par = E C2 mol + E C2 par v 2 v 2 1 2 mv 1 2 = 1 2 mv 2 2 p 1 v 1 = v 2 p 1 p 1 Se l angolo di incidena è uguale a quello di riflessione: v 1 = v 2 e v 1 = v 2 p 2 p 2 p 2 Ricordando che la quantità di moto di un corpo è data da p = mv, vale anche che: p 1 = p 2 p 1 = p 2 p 1 = p 2 3

p 1 p 1 p 1 Possiamo ora calcolare la variaione di quantità di moto che subisce la molecola nell urto: p 2 p = p 2 p 1 p 2 p 2 -p 1 p 2 p = 2p 1 = 2mv = N v p mol 2 L 3 = N v ( 2mv ) 2 L 3 = N m v 2 L 3 = N m v2 V Sia l energia cinetica di una molecola relativa al moto lungo l asse : = 1 2 mv 2 = 2 N V Generaliando al caso di molecole con velocità diverse, si avrà che = 1 3, dove è l energia cinetica media delle molecole. = 2 N 3 V. P = 2 N 3 V PV = 2 N 3 Dall equaione di stato dei gas perfetti: PV = nrt (dove n è il numero di moli di gas) nrt = 2 2 N N T = 3 3R n T = 2N A 3R = 3R 2N A T Dalla relaione: n N A = N Costante di Boltmann: k = R N A = 1,381 10 23 J/ 4

Dalla formula dell energia cinetica media: = 1 m v2 2 (dove v 2 è la media del quadrato della velocità delle molecole) 1 2 m v2 v2 = 3kT m Sia: v qm = v 2 la velocità quadratica media delle molecole v qm = 3kT m P = 2 N 3 V La relaione lega grandee macroscopiche (P, V) a grandee microscopiche (N, <>). La pressione è direttamente proporionale all energia cinetica media delle molecole. L energia cinetica media delle molecole è direttamente proporionale alla temperatura (e viceversa!). Da una grandea macroscopica (T) è possibile risalire ad una grandea microscopica (<>). Molecole di gas diversi, alla stessa T, hanno uguale <>. v qm = 3kT m La velocità quadratica media delle molecole è direttamente proporionale alla temperatura. Molecole di gas diversi, alla stessa T, hanno uguale <> ma non uguale v qm : sono più veloci le molecole più leggere. La velocità quadratica media NON è la velocità con cui si sposta il gas (ad es. 1900 m/s per l idrogeno a 20 C), ma le sue molecole a livello microscopico. Nella realtà, le molecole del gas si urtano così spesso da cambiare continuamente e casualmente direione. 5

Gradi di libertà Il numero di gradi di libertà di un corpo rigido è il minimo numero di variabili indipendenti necessarie a descrivere la posiione di quel corpo. Molecola monoatomica (punto materiale) P Posiione di P 3 g.l. P Q β α α β Molecola biatomica Posiione di P Direione di PQ 5 g.l. Teorema di equipartiione dell energia L energia cinetica media di una particella ad una temperatura T è pari a = g 2 kt dove g è il numero di gradi di libertà della particella. Dimostraione [ ] Esempio L energia cinetica media di una molecola di gas monoatomico è: (già noto dalla teoria cinetica dei gas) L energia cinetica media di una molecola di gas biatomico è: = 5 2 kt 6