TEMPERATURA - VOLUME

Obiettivo:
Determinare come varia il volume al variare della temperatura

Costanti:
Numero di particelle.
Il contenitore chiuso ermeticamente realizza questa condizione.
Pressione.
Sappiamo che se aumentiamo la temperatura aumenta la pressione, ma anche che, se aumentiamo il volume, la pressione diminuisce; per tanto, dato che la pressione tenderà ad aumentare, dobbiamo diminuirla aumentando il volume. Tale situazione si realizza "naturalmente" mediante un cilindro con stantuffo mobile.
Variabili:
Temperatura.
Viene variata riscaldando il contenitore.
Volume.
Variabile da analizzare.

Strumenti:
Becher contenente acqua, Treppiedi, becco Bunsen, cilindro graduato con stantuffo mobile a chiusura ermetica, termometro.

Modalità:
Sistemare il becco Bunsen sotto treppiedi che sostiene il becher. Nel becher immergere completamente il cilindro graduato con stantuffo mobile a chiusura ermetica. All'interno dello stantuffo dovrebbe esserci il bulbo del termometro per misurare la temperatura del gas ma, se supponiamo in prima approssimazione  che la temperatura dell'acqua sia uguale a quella del gas all'interno del cilindro, possiamo anche immerge il termometro semplicemente nel becher. Inserire nella tabella la temperatura segnata dal termometro, il volume rilevato dal cilindro graduato. Accendere il becco Bunsen, controllare con il termometro la temperatura ed, ad intervalli regolari di temperatura (es. ogni 15°C), leggere la temperatura (se si considera la temperatura dell'acqua uguale a quella del gas, prima di leggere, agitare con un agitatore o un'asta, l'acqua per rendere omogenea la temperatura) ed il volume dal cilindro graduato. Rieseguire tale operazione più volte.

Modellino:

Modellino

Tabella:

N° Misure
Temperatura (in °C)
 Volume (in dm3)
1
0
1
2
30
1,1
3
60
1,2
4
90
1,3
5
120
1,4
6
150
1,5
7
180
1,6
8
210
1,7

Grafico:

Grafico

Conclusioni:
Dal grafico notiamo che il fenomeno ha un andamento lineare, cioè le due grandezze sono direttamente proporzionali. Tale fenomeno può essere spiegato a livello di particelle affermando che nel sistema, aumentando la temperatura, cioè l'energia del sistema e quindi la violenza degli urti, aumenta la pressione poiché le pareti sono sottoposte ad una forza maggiore, dato però che il cilindro è a volume variabile, il gas, sotto pressione, tende ad espandersi, aumentando di volume. Dal grafico si nota anche che se la temperatura è di -273 °C (zero assoluto) il volume è 0. Sperimentazioni del genere, effettuati tante volte, furono eseguiti da Joseph Gay-Lussac che alla fine del XVIII secolo elaborò la legge isobara (a pressione costante) secondo la quale "riscaldando un gas, a pressione costante, si provoca un aumento del suo volume e tale aumento, per ogni °C, è di 1/273 del volume occupato dal gas a 0 °C" in formula: V = V0 * (1+ 1/273 * t), dove: V = volume alla temperatura t (in °C), V0 = volume a 0 °C e t = Temperatura in °C.