La legge di Boyle

Le grandezze che caratterizzano il comportamernto termodinamico di un gas, dal punto di vista macroscopico, sono la temperatura, il volume e la pressione. Quando almeno due di queste grandezze variano, si può affermare che un gas compie una trasformazione. Nel caso in cui la temperatura si mantiene costante mentre variano il volume e la pressione, la trasformazione si definisce isoterma.

Le trasformazioni isoterme sono regolate dalla Legge di Boyle che tu potrai scoprire eseguendo la seguente esperienza.

[materiale occorrente] [predisposizione e acquisizione] [domande]

Materiale occorrente

apparecchio delle trasformazioni isoterme
sensore di temperatura
sensore di pressione
calcolatrice grafica TI-89
interfaccia CBL2

 

Predisposizione e acquisizione

1

Collega il sensore di pressione, che viene fornito in dotazione all’apparecchio, con la porta CH 1 dell’interfaccia. Infila poi il sensore di temperatura nell’apposito foro del tappo del bicchiere e collegalo con la porta CH 2 dell’interfaccia. Infine solleva il pistone della siringa fino a quando la sua base non si venga a trovare in corrispondenza del valore 20 cc.

 

 
2

Avvia il programma PHYSICS e quando compare il MENU PRINCIPALE,

  • seleziona PREDISP. SONDE.
  • Nel menu NUMERO DI SONDE, premi il tasto 1: DUE,
  • in quanto dovrai utilizzare un sensore di pressione e uno di temperatura.
  • Nel menu SCELTA SONDE, seleziona 5: PRESSIONE, e poi 3: kPa, e il tipo di sensore usato (GPS-BTA, se codice MAD 8009).
  • Tornato al menu di scelta delle sonde, dovrai selezionare 6:TEMPERATURA.
  • Nel MENU PRINCIPALE, seleziona 2:ACQUISIZIONE poi 3:ACQUIS/DIGITA
3

Premi il tasto TRIGGER/START sull’interfaccia, digita il volume della siringa, cioè 20 e poi Seleziona 1:ALTRI DATI.

 
4

Ripeti la precedente operazione dopo aver diminuito il volume della siringa agendo sullo stantuffo: ad esempio riduci di 2 cc ogni volta. Al termine dell’acquisizione scegli 2:STOP: GRAFICO.

Scegli di visualizzare il canale corrispondente al sensore di pressione e otterrai un grafico come quello di figura.

Domande

  1. Il diagramma della pressione in funzione del volume, a temperatura costante, è una retta?
  2. Quale funzione sceglieresti per esprimere la relazione pressione-volume?
  3. Interpola la curva dei dati acquisiti scegliendo come modello la funzione A/x^b. Per fare questo, torna al menu principale scegliendo 7:ESCI e poi 1:NO per non ripetere l’esperimento. Seleziona 3:ANALISI, poi 1:GRAFICA/INTERPOLA poi 2:INTERPOL. Metti sull’asse X il canale 1:tempo o manuale e sull’asse Y il canale del sensore di pressione. Scegli la modalità Solo Punti ed infine scegli il tipo di legge da approssimare, nel nostro caso 4:POTENZA
  4. Il valore dell’esponente è -1, come ti saresti aspettato, o diverso?
  5. Il volume dell’aria che si è compressa corrisponde al solo volume della siringa?
  6. Valuta il volume dell’aria contenuta nel tubicino di silicone.
  7. Ripeti l’esperimento ma al momento di digitare il volume della siringa, digita invece la somma del volume della siringa e del volume del tubicino. Rifai l'nterpolazione. Che valore ottieni ora per l’esponente?
  8. Comprendendo il “volume nascosto” nel tubicino, trovi che sia verificata la legge di Boyle?
  9. Ripeti l’esperimento immergendo la siringa in acqua a temperatura diversa, ad esempio in miscela di acqua e ghiaccio , poi a 40°C e a 60°C e commenta i risultati.