La legge dei gas perfetti: pressione, volume e temperatura
1 · Prevedi
Una quantità fissa di gas è sigillata in un contenitore rigido. Se la scaldi, cosa succede alla pressione?
- La pressione scende al salire della temperatura.
- La pressione cresce proporzionalmente alla temperatura.
- La pressione non dipende dalla temperatura.
2 · Configurazione
- Apri il preset sandbox del gas perfetto e premi Reimposta. 1 mol di argon riempie un volume fisso di 0.0249 m³.
- Attiva la lettura di pressione sulla camera.
- Imposta la temperatura del gas per ogni prova e registra la pressione.
3 · Raccogli dati
| Temperatura T (K) | Energia interna U (J) | Pressione P (kPa) |
|---|---|---|
| 300.00 | ||
| 450.00 | ||
| 600.00 |
Traccia P (asse y) contro T (asse x) per le tre prove. La linea è retta per l'origine?
4 · Analizza
- Per una prova, calcola P = nRT/V usando n = 1 mol; R = 8.314 J/(mol·K); V = 0.0249 m³. Confronta con la tabella.
- Spiega perché, a volume e quantità di gas fissi, pressione e temperatura assoluta sono direttamente proporzionali.
5 · Estendi
- La legge dei gas perfetti esige la temperatura in kelvin, non in Celsius. Spiega perché usare Celsius (che ammette valori negativi e zero) romperebbe la proporzionalità diretta che hai trovato.
- Anche la tua colonna dell'energia interna cresce con la temperatura, a volume fisso. Spiega, usando U = (f/2)nRT, perché scaldare una quantità fissa di gas a volume costante aumenta insieme la sua pressione e la sua energia interna.
La fisica dietro questo esperimento
Legge dei gas perfetti
Per n moli di gas ideale, pressione, volume e temperatura sono vincolati insieme da P·V = n·R·T. A n e V fissi, la pressione sale in proporzione diretta alla temperatura assoluta.
Energia interna di un gas perfetto
L'energia interna di un gas ideale dipende solo dalla sua temperatura (e dai gradi di libertà f), non separatamente da pressione o volume: U = (f/2)nRT.