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ESTENSIONE ON LINE

Dimostrazione della legge isocora dei gas (Gay Lussac) e determinazione teorica dello zero assoluto

Materiale occorrente:• apparecchio per la dimostrazione della legge di Gay Lussac;• becco bunsen;• rete spargifiamma;• treppiedi.

Pericoli:• i pericoli nell’esecuzione dell’esperienza sono le fonti di calore e la vetreria, che se si

rompe diventa tagliente;• l’operazione descritta nell’esperimento deve essere condotta sotto cappa e indossan-

do i guanti di lattice perché il mercurio è tossico.

PrinciPioLa seconda legge di Charles e Gay Lussac si può scrivere:

Pt = P0 (1 + αt)

Dove Pt è la pressione alla temperatura t (espressa in atmosfere), P0 è la pressione a 0°C e il coefficiente α vale 1/273,15.

MetodicaSi introducono nel bicchiere 150 ml di acqua a temperatura ambiente.Si immerge nell’acqua il cilindro di vetro con tubo capillare dell’apparecchiatura, lo si mantiene in immersione bloccandolo col disco di plexiglas e si fissa questo al bordo del bicchiere mediante i due morsetti di cui è provvisto, come è indicato in figura 1 (sinistra). Aprendo il rubinetto si introduce nel tubo a «U» del mercurio, in modo che il suo livello si venga a trovare circa a metà della scala come è mostrato in figura 1 (destra).

Figura 2 Schema dell’apparecchiatura per la dimostrazione della legge isocora dei gas

Figura 1 Schema dell’apparec-chiatura per la dimostrazione della legge isocora dei gas

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ESTENSIONE ON LINE

Attenzione: l’operazione deve essere condotta sotto cappa e indossando i guanti di lattice, perché il mercurio è tossico.

Le bolle d’aria che si formano durante l’immissione del mercurio si eliminano in-troducendo nel tubo il filo d’acciaio e, mediante un movimento alternato, facendole «scorrere» verso l’alto.Si completa il dispositivo illustrato in figura 3, collegando il contenitore d’aria con il rubinetto mediante il tubo di gomma trasparente. L’operazione va eseguita con deli-catezza in modo da non provocare danni alle parti in vetro.Agendo sugli appositi godroni si fa in modo che lo zero della scala sia allineato col livello del mercurio, quindi, chiuso il rubinetto, si prende nota della temperatura t1 (la temperatura ambiente dell’aria contenuta nel cilindro all’inizio dell’esperienza).Contemporaneamente, con l’ausilio del barometro presente nella stazione barometri-ca del laboratorio, si prende nota della pressione, che corrisponde a P1. La pressione deve essere espressa in Pascal (N/m2 = kg/m • s2) tenendo conto dei seguenti fattori di conversione:

1 atm = 101.325 Pa

1 mmHg = 133,322 Pa

Si accende il bruciatore e si attende qualche minuto in modo che la temperatura dell’acqua nel bicchiere, e quindi dell’aria contenuta nel cilindro, raggiunga i 40 – 50° C.Si spegne il bruciatore e si mescola l’acqua con l’apposito agitatore fino al raggiungi-mento dell’equilibrio termico, quindi si prende rapidamente nota delle due seguenti misure:

t2 = temperatura di equilibrio

Δh = dislivello tra i due rami del mercurio

Si potrà allora scrivere:

P1 = P0 (1 + αt1)

P2 = P0 (1 + αt2)

Da cui:

P2

P1

=1+ αt2

1+ αt1

E quindi:

α =

P2 − P1

P1t1 − P2t2

Che diviene:

α =

ΔPP1t2 − P1 + ΔP( ) t1

Figura 3 Apparecchiatura per la dimostrazione della legge di Gay Lussac

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ESTENSIONE ON LINE

Essendo:

ΔP = δ • g • Δh

dove δ è la densità del mercurio (13.600 kg/m3) e g è l’accelerazione di gravità (9,8 m/s2). Risolvendo si ha:

α =

δ • g • ΔhP1t2 − P1 + δ • g • Δh( ) t1

α è il reciproco positivo della temperatura allo zero assoluto (1/273,15 = 3,661 • 10-3).

Figura 4 Grafico dell’andamento della legge di Gay Lussac