Risposte esame scritto Fisica Tecnica, prof. Polonara

Esperimento pVT

Con l'esperimento pVT si ha la volontà di esaminare il comportamento di una sostanza pura (sostanza la cui composizione chimica non varia spazialmente nel sistema) prendendo in considerazione le proprietà p, v e T (v e T indipendenti tra loro) direttamente misurabili. Si abbia inizialmente una massa unitaria di una sostanza pura in fase solida contenuta in un sistema pistone-cilindro e si supponga di riscaldarla isobaricamente con una trasformazione reversibile; tutto il calore ceduto allora si è trasformato in entalpia e la dilatazione del solido è di piccolissima entità; somministrando ancora calore ha inizio il processo di fusione, manifestandosi la fase liquida: p e T sono costanti ed il sistema è bifasico. Scomparsa la fase solida si riscaldi ancora il liquido fino alla temperatura di vaporizzazione: il sistema è nuovamente bifasico e quando la sostanza è tutta allo stato aeriforme il suo volume è notevolmente maggiore di quello della fase liquida. Ripetendo l'esperimento per differenti valori di pressione si osserva che i due passaggi di fase avvengono a temperature differenti. Allora gli stati di equilibrio di un sistema pVT ad un componente possono essere rappresentati in uno spazio a tre dimensioni la cui superficie è chiamata superficie caratteristica.

Proprietà dei vapori

Lo studio delle sostanze allo stato di vapore è facilitato dall'introduzione del concetto di superficie caratteristica, la quale comprende tre grandi macro aree relative al liquido sottoraffreddato, al gas perfetto e al vapore saturo. In particolare, proiettata tale superficie sul piano di Clapeyron, quella del vapore saturo è la zona racchiusa a sinistra dalla curva limite inferiore, a destra dalla curva limite superiore e in basso dalla linea degli stati tripli. All'interno di tale area, poiché pressione e temperatura sono tra loro dipendenti, entrambe sono costanti (processo di vaporizzazione e condensazione isobaro e isoterma dentro la campana) e vengono rappresentate tramite linee parallele all'asse dei volumi. Ora, se da un lato si possono trovare tabulati i valori delle proprietà di liquido e vapore saturo secco, dall'altro ci si accorge che possono essere individuati quelli di un sistema in equilibrio ad un vapore intermediato: si introduce a tal scopo una grandezza adimensionale con valore 0≤x≤1 chiamata titolo del vapore (x), pari al rapporto tra la massa del vapore saturo secco e la massa totale (x=(v-vl)/((vss-vl)). Il titolo di vapore x è una relazione ricavata attraverso il volume specifico che può tuttavia essere estesa a proprietà specifiche come l'entalpia, l'energia interna e l'entropia.

Proprietà dei gas reali a comportamento ideale

Sulla base di considerazioni sperimentali si è giunti ad affermare che per i gas reali può essere ipotizzata l'assenza di forze intermolecolari: dal momento che non ci sono interazioni tra le molecole simili si studia il comportamento di gas reali rarefatti, cioè a pressioni molto basse e a temperature molto elevate. La relazione f(p,v,T)=0 è detta equazione di stato ed evidenzia come il prodotto tra la pressione e il volume specifico sia proporzionale, tramite la costante caratteristica dei gas R, alla temperatura (T pv=RT). Nonostante nessuna sostanza si comporti come un gas ideale, il modello rappresentato dal piano p-pv/RT consente di capire in quali condizioni questa possa essere considerata tale: ad esempio nel caso dell'azoto, per pressioni molto basse e per qualsiasi temperatura pv/RT=1, quindi è accettabile; invece allo stesso azoto a temperatura ambiente (300K) è concesso un valore di pressione fino a 10MPa.

Principio degli stati corrispondenti

Un'ampia zona della parte monofasica gassosa sulla superficie caratteristica può essere studiata con buone approssimazioni utilizzando l'equazione di stato dei gas perfetti (pv=RT). Tuttavia volendo comprendere meglio il comportamento di alcuni gas reali, si scrive tale relazione nella sua forma più generale: pv/RΤ=z, dove z è il fattore di comprimibilità (gas ideali z=1). Secondo il principio degli stati corrispondenti la funzione z=z(Tr,Pr) è unica per tutte le sostanze: Tr e Pr sono grandezze adimensionali tali che Tr=T/Tc e...

Esperimento pVT: Con l'esperimento pVT si ha la volontà di esaminare il comportamento di una sostanza pura (sostanza la cui composizione chimica non varia spazialmente nel sistema) prendendo in considerazione le proprietà p, v e T (v e T indipendenti tra loro) direttamente misurabili. Si abbia inizialmente una massa unitaria di una sostanza pura in fase solida contenuta in un sistema pistone-cilindro e si supponga di riscaldarla isobaricamente con una trasformazione reversibile; tutto il calore ceduto allora si è trasformato in entalpia e la dilatazione del solido è di piccolissima entità; somministrando ancora calore ha inizio il processo di fusione, manifestando la fase liquida: p e T sono costanti ed il sistema è bifasico. Scomparsa la fase solida si riscaldi ancora il liquido fino alla temperatura di vaporizzazione: il sistema è nuovamente bifasico e quando la sostanza è tutta allo stato aeriforme il suo volume è notevolmente maggiore di quello della fase liquida.