Dilatazione lineare termica e la prima legge di Gay-Lussac


Pubblicato da Admin in Fisica

L’agitazione termica avviene per mezzo dello sfregamento delle particelle e quindi per il calore.
Tramite il calore abbiamo l’espansione del mercurio in un termometro che è uno dei più comuni esempi di espansione termica, il cambiamento di dimensione o di volume di una massa determinata dalla temperatura.
L’aria calda sale perché il suo volume aumenta, questa è il motivo del perché la densità dell’aria calda è minore dell’aria circostante, causando una spinta idrostatica (verso l’alto) dell’aria calda. Lo stesso accade in tutti i liquidi e gas. Anche i solidi subiscono la dilatazione termica; i binari ferroviari e ponti, per esempio, hanno i giunti di dilatazione per consentire loro di espandersi liberamente e contrarsi con i cambiamenti di temperatura.

– Quali sono le proprietà di base della dilatazione termica?

– L’espansione termica, in primo luogo è chiaramente legata al cambiamento di temperatura. Più cambia la temperatura, più una striscia bimetallica si piegherà. In secondo luogo, essa dipende dal materiale. In un termometro, ad esempio, l’espansione del mercurio è molto più grande dell’espansione del vetro che lo contiene.

– Qual è la causa della dilatazione termica?Copia di DSCN4916_2

– Abbiamo ormai assodato che la dilatazione termica è l’aumento di volume che subiscono quasi tutti i corpi solidi, liquidi e gassosi, all’aumentare della loro temperatura, ma che spiegazione microscopica diamo a tutto ciò? Quando la temperatura di un corpo aumenta le sue molecole, si muovono e vibrano con maggiore intensità; di conseguenza aumentano le distanze tra una molecola e l’altra, e in tal modo il volume del corpo aumenta.

In molte situazioni pratiche, non interessa la variazione di volume che un solido subisce per effetto della variazione di temperatura, ma solo la variazione della sua dimensione. Questo fenomeno può essere descritto mediante una relazione di proporzionalità diretta:
La dilatazione lineare, in altre parole, l’allungamento di un corpo solido causato dall’aumento della sua temperatura, è direttamente proporzionale alla lunghezza iniziale del corpo e all’aumento della sua temperatura.

ΔL = λLΔt

Dove ΔL è la variazione della lunghezza, L è la lunghezza finale, Δt è la variazione di temperatura, e  λ (lambda) è il coefficiente di dilatazione lineare, che varia leggermente con la temperatura.
Nei liquidi, come nei solidi, si ha l’aumentare del volume con l’aumento della temperatura. Le molecole hanno più libertà e quindi si dilatano di più dei solidi, tuttavia, l’effetto non è facilmente percepibile su piccole quantità.

L’acqua agisce in modo anomalo, solo al di sopra dei 4°C si comporta come gli altri liquidi invece da 4°C in giù l’acqua aumenta il suo volume, invece di diminuirlo. L’espansione dell’acqua per effetto del congelamento ha molteplici conseguenze:
Es. è uno dei fattori che originano frane. L’acqua meteorica, come la pioggia, che penetra nelle fessure delle rocce, solidificandosi in ghiaccio, con le basse temperature invernali, tende a espandersi e sgretolare le rocce stesse.

Anche i gas modificano il loro volume al variare della temperatura, a meno che non siano contenuti in un recipiente rigido che ne impedisce la dilatazione. Se la pressione rimane costante, i gas si dilatano molto di più dei solidi e dei liquidi, grazie alla maggiore libertà delle loro molecole.

Lo scienziato Joseph Gay-Lussac enunciò la legge della dilatazione termica dei gas, nota come prima legge di Gay-Lussac:
a pressione costante la variazione di volume di una determinata quantità di gas è direttamente proporzionale alla sua variazione di temperatura.

ΔV= αVΔt

Dove ΔV è la variazione del volume, α (alfa) è il coefficiente di dilatazione volumica dei gas, V è il volume del gas a 0°C e Δt è la variazione di temperatura.
Il coefficiente di dilatazione volumica dei gas equivale sempre a:

α=0,00366 1/°C


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