18. Stati della materia#
In questo capitolo vengono discussi diversi stati della materia (todo descrizione qualitativa della struttura miscroscopica e dei cambiamenti di fase) e presentati alcuni modelli che descrivono il comportamento di alcune sostanze. E” probabilmente utile sottolineare che le equazioni che descrivono il comportamento di alcune sostanze non sono princìpi fisici, ma sono equazioni di stato o equazioni costitutive che ne legano le variabili di stato. In particolare, vengono discusse le equazioni costitutive di:
gas ideali, approssimazione dei gas reali per gas sufficientemente rarefatti ad alta temperatura e bassa pressione, condizioni nelle quali è possibile trascurare le dimensioni delle molecole e l’interazione tra di esse: la dimensione delle molecole è trascurabile quando la densità è sufficientemente bassa, l’interazione tra le molecole è trascurabile rispetto alla loro energia cinetica termica quando la temperatura è sufficientemente alta. Vengono presentati i risultati delle esperienze fondamentali che hanno consentito di formulare le legge dei gas ideali; successivamente vengono presentate diverse espressioni della legge dei gas ideali, che permettono di introdurre alcune costanti fondamentali della natura, come la costante di Boltzmann, la costante universale dei gas e il numero di Avogadro; viene presentata la teoria cinetica dei gas di D.Bernoulli, come modello della dinamica microscopica delle molecole di un gas ideale; successivamente vengono discusse alcune proprietà dei gas ideali (come l’energia e l’entalpia); infine (todo sì?) viene discusso il modello di van der Waals per i gas reali, che consente una descrizione migliore del comportamento dei gas ad alta pressione e basse temperature, cioè quando vengono meno le condizioni necessarie a un comportamento ideale.
miscele di gas. Le miscele di gas ideali non reagenti permettono di discutere le caratteristiche del fluido nel quale viviamo nella vita di tutti i giorni, l’aria. L’aria infatti è una miscela di gas con una composizione approssimata di \(78\%\) di \(\text{N}_2\), \(21\%\) di \(\text{O}_2\), \(1\%\) di \(\text{Ar}\). Conoscere le caratteristiche dell’aria permetterà di valutare il funzionamento di alcune macchine termiche che utilizzano l’aria come fluido di lavoro. Successivamente, viene discussa l’aria umida, trattata come miscela di aria secca e vapore acqueo, tematica fondamentale per la comprensione di alcune esperienze di tutti i giorni legate all”umidità e alle applicazioni di condizionamento
solidi elastici. La discussione della termodinamica di solidi elastici lineari «monodimensionali» permette di evitare di introdurre gli strumenti matematici necessari e la conseguente difficoltà nella trattazione generale di solidi 3-dimensionali. La discussione viene qui inserita per ricordare che la termodinamica non si limita allo studio dei gas, ma governa ogni sistema complesso.