Lo stato gassoso (prima parte)

Alcune definizioni

La tabella seguente rappresenta i possibili multipli e sottomultipli utilizzati nel sistema metrico decimale. I relativi simboli possono essere applicati a tutte le unità di misura del Sistema Internazionale.

  Prefisso    Simbolo    Valore rispetto all'unita 
  Peta   P   1015
  Tera   T   1012
  Giga   G   109
  Mega   M   106 = 1000000
  kilo   k   103 = 1000
  etto   h (da hecto)   102 = 100
  deca   da   10
  nessuno     unità fondamentale     1
  deci   d   10-1 = 0.1
  centi   c   10-2 = 0.01
  milli   m   10-3 = 0.001
  micro   µ   10-6 = 0.000001
  nano   n   10-9
  pico   p   10-12
  femto   f   10-15
 

Lunghezza

L'unità di base nel Sistema Internazionale é il metro (m), definito, nel 1889, come la lunghezza, a 0°C, di un regolo campione in platino-iridio che si conserva a Parigi nell'Ufficio Internazionale di Pesi e Misure. Il campione doveva essere 1/40000000 del meridiano terrestre, misure più accurate hanno dimostrato che era più corto del previsto (di circa 0.17 mm). In seguito, per motivi di sicurezza e precisione, si è preferito un campione naturale come la lunghezza d'onda, nel vuoto, di una particolare radiazione arancione emessa dal'isotopo con numero di massa 86 del gas cripton (1 m = 1650763.73 lunghezze d'onda).
Dal 1983 si definisce il metro come la distanza percorsa dalla luce, nel vuoto, in un intervallo di tempo pari a 1/299,792,458 di secondo (circa un trecentomilionesimo di secondo).

 

Volume:

Misura di una porzione finita di spazio.
L’unità fondamentale è il metro cubo (m3), ma per motivi di opportunità spesso si usano derivati e sottomultipli. Cosi, ad esempio, nel sistema metrico si utilizza il litro, corrispondente a 1 dm3 nel sistema internazionale.
1 m3 = 1000 litri,   1 dm3 = 1 litro,   1 cm3 (c.c.) = 1 mL (millilitro),
1 mm3 = 1 µL (micro litro)

 

Massa specifica (densità):

Rappresenta la massa dell'unità di volume di una sostanza pura o di una miscela. L’unità di misura più usata è il kilogrammo per decimetro cubo (kg dm-3), equivalente a grammo per centimetro cubo (g cm-3). Nel caso di sostanze o miscele gassose si usa il grammo per decimetro cubo (g dm-3).
d =
m(kg)
a
V(L)
=
m(g)
a
V(mL)

 

Pressione:

Forza che agisce sull'unità di superficie.

Accelerazione dovuta alla gravità terrestre = 9.81 m/s2 (valore medio)
1 Newton = 1 kg m/s2
1 Pascal = 1 N/m2

L'unità di misura della pressione nel Sistema Internazionale è il Pascal, definito come la pressione esercitata dalla forza di un Newton sulla superficie di 1 m2.
Sulla terra a livello del mare la forza peso che agisce sulla massa di 1Kg è pari a 9.81 Newton:
F = ma = 1Kg * 9.81 m/sec2 = 9.81 N
L'ovvia proporzione impone che se 9.81 N equivalgono alla forza peso di 1000 grammi, 1 N equivale alla forza peso di 102 grammi.
Ancora oggi viene spesso utilizzata l'unità di misura chiamata "atmosfera" (abbreviata in atm), derivata dalle misure di Evengelista Torricelli con il suo barometro.
Il barometro (dal greco "baros" = peso) venne inventato dal Torricelli nel 1646. Consisteva in una canna di vetro riempita con del mercurio e rapidamente capovolta dentro una vaschetta contenente altro mercurio. L'altezza della colonna di mercurio si abbassa finchè la forza peso bilancia quella dell'atmosfera sulla superficie del mercurio esterno. Le osservazioni mostrarono che 1 atmosfera equivale a 760 millimetri di mercurio (1 atm = 760 mmHg o Torr).
Se si considera che la densità del mercurio vale 13.59 g/cm3, si deduce che la colonna di mercurio dell'esperienza di Torricelli, la cui sezione è di 1 cm2, pesa 1032.84 g = 1.033 Kg: questo, appunto, è il peso con cui l'atmosfera incide su un centimetro quadrato di superfice, corrispondente anche alla pressione di 101325 Pascal (vedi animazione).
Una colonna d'acqua, la cui densità è circa 1 g/cm3, per controbilanciare la forza peso dell'atmosfera deve essere alta circa 10.33 metri.

Nei sistemi gassosi la pressione é dovuta ad una rapida sequenza di impulsi prodotti dall'urto delle particelle di gas contro le pareti del recipiente.

Riepilogando: 1 atmosfera standard equivale a
760 mmHg (o torr) = 1.01325 x 105 Pascal = 101.325 kPa = 1.01325 bar = 14.7 psi
(psi = pound per square inch)

  Nome unità   Simbolo   Valore  
pascal Pa 1 N m–2 = 1 Kg m–1 s–2
bar bar 105 Pa
atmosfera atm 1.01325×105 Pa
torr (mmHg) Torr (mmHg) 1/760 atm =133.322 Pa

 

Temperatura:

      E' una misura della tendenza del calore ad abbandonare un corpo, correlata all'energia cinetica traslazionale, rotazionale e vibrazionale delle molecole.
      Il concetto di temperatura è spesso messo in relazione alla sensazione soggettiva di caldo e freddo, ma la misura oggettiva della temperatura si effettua attraverso i termometri. Lo strumento più comune sfruttava il fenomeno della dilatazione termica e la sostanza più impiegata era il mercurio; oggigiorno si preferisce l'utilizzo di termistori e metodologie elettroniche. Le scale termometriche più usate sono le seguenti:

  • Celsius (o centigrada): Anders Celsius (Svezia 1701-1744), Lo zero è fissato alla temperatura di fusione del ghiaccio mentre la temperatura di ebollizione dell'acqua, alla pressione di una atmosfera (circa al livello del mare), è posta a 100 °C .
  • Fahrenheit: Daniel Gabriel Fahrenheit (Germania 1686-1736). Inventore del termometro ad alcool e del termometro a mercurio. Nel 1714 Fahrenheit definì la sua scala usando un termometro al mercurio. Fahrenheit fissò lo zero alla temperatura di congelamento di una miscela di acqua e cloruro di ammonio mentre il valore di 100°F corrispondeva alla temperatura del suo corpo (forse aveva l’inizio di una febbre: 37.8°C). In questa scala la temperatura di ebollizione dell'acqua risulta uguale a 212 °F mentre quella di fusione del ghiaccio risulta uguale a 32 °F.
  • Kelvin (o assoluta). La dimensione del grado è quella della scala centigrada e lo zero kelvin venne dapprima definito a circa -273 °C, poi più precisamente di 273.16 °C inferiori rispetto al punto triplo dell’acqua (cioè a circa -273.15°C).

Ecco alcune formule di conversione:

°K = °C + 273.15
°F = 32 + 1.8 °C
°C = (°F - 32)/1.8

Alcune temperature interessanti (espresse in Kelvin):

  temperatura    Notazione o Fenomeno osservato 
1 10-6 K Temperatura più bassa raggiunta
4.2 K Punto di liquefazione dell'elio
20 K Punto di liquefazione dell'idrogeno
77 K Punto di liquefazione dell'azoto
273 K Punto di solidificazione dell'acqua
373 K Punto di ebollizione dell'acqua

Due convertitori di tempertura e pressione

(modificare il valore che interessa e fare un click su un punto esterno alle finestrelle di edit):

Convertitore di temperatura

Celsius           
Fahrenheit        
Kelvin            

Convertitore di pressione

Pascal          
Bar             
mmHg            
Atmosfere