La legge isoterma dei gas ( legge di Boyle )

Materiali occorrenti:

Apparecchio per la legge di Boyle - Mercurio ( ca. 1 kg ) - Barometro.

Richiami teorici:

Nel 1662 con i suoi esperimenti Robert Boyle determinò che " per ogni quantità di gas, a temperatura costante, il prodotto dei valori della pressione e del volume è una costante ( p · v = k ) ".

In base a questa legge, ogni variazione della pressione provoca una variazione del volume, e viceversa.

Esecuzione dell'esperienza:

Si dispone sul banco l'apparecchio e si regolano i due tubi in plexiglas alla stessa altezza, il più in basso possibile; si apre il rubinetto posto nel tubo di sinistra. Con l'aiuto di un imbutino si versa il mercurio nel tubo di destra fino a che i livelli nei due tubi siano visibili. Agendo sui cursori dei due tubi si portano detti livelli a corrispondere allo zero della scala centrale; si chiude la valvola del tubo di sinistra in modo da imprigionare un volume d'aria, che potrà essere misurato
( v = p r² · h ).

Si rileva la pressione atmosferica in mm di Hg utilizzando un barometro e si annota tale valore considerandolo costante per tutta la durata dell'esperienza.

Si trascrive il valore in ml. del volume del cilindro d'aria sulla tabella di lavoro come prima lettura, facendo corrispondere ad esso il dislivello corrispondente tra i due menischi di mercurio che è, come detto, = 0.

La pressione che insiste sulla massa d'aria imprigionata è, pertanto, solo quella atmosferica.

Si procede alle letture successive, almeno 5 o 6, alzando a diversi livelli il tubo di destra e registrando, ogni volta, il dislivello tra i due menischi, in mm, che dovrà essere sommato alla pressione atmosferica, e il volume dell'aria imprigionata.

Al termine delle letture sarà possibile verificare che i prodotti p ·v, nei limiti dell'errore sperimentale, sono costanti.

In matematica due grandezze x e y si dicono inversamente proporzionali quando il loro prodotto è una costante ( x · y = k ).

L'equazione y = k / x rappresenta una iperbole equilatera.

Per quanto sopra espresso, sarà, ad esempio, possibile riportare in un piano cartesiano i valori di volume nel ramo delle ascisse e quelli di pressione nelle ordinate, tracciando il grafico risultante che sarà, appunto, un ramo di iperbole equilatera.

Nota operativa: il volume della massa d'aria imprigionata può essere determinato indirettamente misurando il volume del tubo cilindrico che la contiene, attraverso la formula geometrica: area della base x altezza.

Grafico sperimentale della legge isoterma dei gas

Tabella dei risultati

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