Gas ideali (gas perfetti)

I gas ideali (o gas perfetti) sono gas che soddisfano determinate caratteristiche fisiche, con particolare riferimento alle particelle che li costituiscono e alle proprietà del loro moto. In determinate condizioni i gas reali possono essere considerati come gas perfetti.

 

A partire da questa lezione cominciamo a studiare i gas da un punto di vista termodinamico. Ancor prima di fornire una definizione di gas ideale, o meglio una caratterizzazione dei gas perfetti, spiegheremo perché è necessario introdurre tale modello per studiare i gas in Termodinamica.

 

Fatto ciò elencheremo le proprietà fisiche che deve soddisfare un gas per essere perfetto, e concluderemo spiegando in quali casi è possibile approssimare un gas reale a un gas ideale.

 

Gas ideali e gas reali

 

In Fisica il punto di partenza per costruire un modello aderente alla realtà prevede di considerare alcune semplificazioni, in modo da avere un quadro completo da cui rimuovere a poco a poco le ipotesi astratte. È quello che abbiamo fatto ad esempio in Cinematica e in Fluidodinamica: nel primo caso siamo partiti ragionando con i punti materiali, nel secondo con i fluidi ideali.

 

I gas perfetti in Termodinamica consentono di sviluppare la teoria sulla base di determinate ipotesi, così da agevolarne lo studio e consentire successivamente il passaggio al modello dei gas reali, che è piuttosto avanzato.

 

Quando si considera un gas reale ci sono alcuni aspetti che ne complicano l'analisi; per citarne uno, le conseguenze delle loro proprietà chimiche. Lo studio dei gas reali in generale non può prescindere da un approccio statistico, chimico e sperimentale. Ad esempio, non permette di trascusare le mutue interazioni tra gli atomi (o le molecole) che costituiscono il gas, né le loro interazioni con il recipiente che lo contiene.

 

Come vedremo nelle lezioni successive, le semplificazioni che si adottano nel modello di gas ideale permettono di formulare numerose leggi che ne descrivono il comportamento, sia sotto un profilo strettamente termodinamico che da un punto di vista energetico.

 

Nel contesto termodinamico sono essenzialmente tre le grandezze che caratterizzano un gas (ideale), e che vengono chiamate variabili di stato: il volume, la pressione e la temperatura. Lo scopo della teoria è comprendere quali sono le mutue relazioni tra tali grandezze quando un gas viene sottoposto a una trasformazione, e di classificarne le possibili trasformazioni. Studieremo quindi una a una le principali formule dei gas ideali:

 

- la legge di Boyle

 

- le leggi di Gay-Lussac (prima e seconda)

 

- la legge di Avogadro

 

- la legge dei gas ideali, che riassume in un'unica equazione tutte le precedenti formule.

 

Nell'ambito energetico il concetto di gas ideale consente di comprendere come varia l'energia di un gas sottoposto a una trasformazione, e come esso interagisce con l'ambiente esterno. Si analizza quindi l'energia dei gas con riferimento al calore, al lavoro, all'energia interna e all'energia cinetica, trascurando le implicazioni legate all'energia potenziale (in quanto nulla nell'ipotesi di gas perfetto).

 

Cos'è un gas ideale

 

Le principali proprietà di un gas ideale, o se preferite le proprietà di cui deve godere un gas affinché possa essere classificato come perfetto, sono le seguenti:

 

1) è costituito da molecole con volume trascurabile (molecole puntiformi);

 

2) le molecole non interagiscono tra loro a distanza (molecole non interagenti);

 

3) le molecole interagiscono con le pareti del recipiente tramite urti perfettamente elastici;

 

4) le molecole sono tutte uguali tra loro;

 

5) le molecole si muovono di moto casuale in ogni direzione;

 

Più avanti avremo modo di vedere quali sono le ulteriori caratteristiche che discendono da tali proprietà; per il momento ci limitiamo a specificare che i gas reali possono essere considerati gas dal comportamento ideale quando presentano alti valori di temperatura e bassi valori di pressione.

 

 


 

Pronti per entrare nel vivo della questione? Nella lezione successiva cominceremo con la prima legge che contraddistingue i gas ideali, vale a dire la legge di Boyle. :) 

 

 

Buon proseguimento su YouMath,

Alessandro Catania (Alex)

 

Lezione precedente.....Lezione successiva

 
 

Tags: cosa sono i gas ideali - perché si studiano i gas ideali e non i gas reali - differenze tra gas ideali e gas reali.