Prima legge di Gay-Lussac

Animazione che spiega la prima legge di Gay-Lussac

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

La legge prende il nome dal chimico-fisico francese Joseph Louis Gay-Lussac, che la formulò nel 1802, anche se il francese Jacques Charles aveva scoperto la legge una quindicina d'anni prima, senza tuttavia pubblicare i risultati delle sue ricerche, così come il fisico italiano Alessandro Volta, che nel 1791 compì analoghe ricerche sulla dilatazione dei gas, anticipando anch'egli i risultati di Gay-Lussac.

Anche l'inglese Francis Hauksbee era pervenuto allo stesso risultato già nel 1708, il quale, però, non ne diede mai una formulazione matematica rigorosa.

Indice

Formulazione matematica e conseguenze fisicheModifica

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:

$V=V_{0}(1+\alpha t)$

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:

$V=V_{0}\alpha {\Biggl (}{\frac {1}{\alpha }}+t{\Biggr )}$

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 liquefanno 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).

BibliografiaModifica

• 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

Voci correlateModifica

• Seconda legge di Gay-Lussac

Collegamenti esterniModifica

• La legge isobara dei gas ( legge di Gay-Lussac ), su itchiavari.org.
• Animazione gas ideali: aumentando la temperatura (cursore a sinistra) a pressione fissata, si può vedere l'aumento del volume del gas ideale.