La dilatazione termica dei liquidi e dei gas

DILATAZIONE TERMICA DEI LIQUIDI

Anche nei liquidi è presente il fenomeno della dilatazione e si tratta ovviamente di una dilatazione cubica. La relazione è uguale a quella dei solidi:

ΔV = kV0 ΔT

La differenza fondamentale è nell’ordine di grandezza della costante k. Per i liquidi è maggiore ed è pari a 10-4 °C-1. Questa differenza è spiegabile dal punto di vista microscopico per i legami atomici presenti nei liquidi, diversi dai solidi caratterizzati da una struttura cristallina più rigida.

Errore tipico: quando si dilata un liquido si dilata anche il suo contenitore
Quando un liquido si dilata un errore tipico è quello di non tener conto della corrispondente dilatazione del contenitore che è scaldato con lui.

Quando per esempio si mette il latte sul fuoco, accade che questo fuoriesca proprio per la dilazione del liquido.  Il latte uscito però non è uguale alla variazione di volume del liquido effettiva ma a quella apparente, perché si deve tenere conto del fatto che anche il bricco che lo conteneva si è dilatato. La relazione da considerare è la seguente:

ΔVeffettivo = ΔVapparente+ ΔVrecipiente

DILATAZIONE TERMICA, L'ANOMALIA DELL'ACQUA

L’acqua, a differenza di altri liquidi, presenta uno strano comportamento: fra i 0°C e i 4°C, il suo volume invece di aumentare con la temperatura, diminuisce.
Oltre i 4°C il comportamento degli altri fludi.
Considerando che la massa è costante (e quindi non influenzata dalla temperatura) si può dire che l’acqua raggiunge la sua massima densità a 4°C (ovvero minimo volume a parità di massa)
Il comportamento anomalo dell’acqua dipende dalla sua struttura molecolare.
Questo comportamento ha una importanza fondamentale dal punto di vista biologico.
All’inizio dell’inverno le acque superficiali dei laghi si raffreddano, diventando più dense e scendendo verso il fondo.
Se c’è una ulteriore diminuzione di temperatura, il volume aumenta e l’acqua meno densa risale in superficie. In questo modo l’acqua che si accumula sul fondo dei laghi non può trovarsi a temperature inferiori ai 4°C. La parte di acqua che inizia a gelare è quella superficiale che, diventando ghiaccio, galleggia sulla sottostante acqua più densa.
In questo modo la vita è possibile potendo congelare solo la superficie di mari. laghi e fiumi, mentre rimangono nei fondali condizioni adatte alla vita.

DILATAZIONE TERMICA DEI GAS

Anche i gas, se scaldati, subiscono delle modifiche dal punto di vista macroscopico dovute alle loro caratteristiche microscopiche.
Nel caso dei gas, ancor più che nei liquidi, è necessario considerare le condizioni alle quali il gas subisce il riscaldamento. E’ necessario considerare sia il volume che la pressione, che dipendono in particolare dal contenitore in cui è racchiuso il gas.
Se per esempio il gas è contenuto in un recipiente chiuso non saranno possibili cambiamenti di volume e l’agitazione termica dovuto alla variazione di temperatura andrà ad agire sulla pressione.
Se invece il contenitore è dotato per esempio di un pistone che si muove, la variazione di temperatura comporterà una variazione di volume mentre la pressione rimarrà per lo più costante.

Se il riscaldamento di un gas avviene a pressione costante si avrà la medesima legge di dilatazione dei solidi e dei liquidi:

ΔV = aV0 ΔT;

quest’ultima relazione può essere riscritta nel seguente modo:

Vf = V0 (1+aΔT).

Se il riscaldamento avviene, invece, a volume costante si avrà la seguente legge:

Δp = ap0 ΔT;
ovvero anche:
pf = p0 (1+aΔT).

Nel coso dei gas, diversamente dai solidi e dai liquidi, la costante a non dipende dal tipo di sostanza ma ha un valore uguale per tutti i gas.

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