Prima legge di Gay-Lussac
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La prima legge di Gay-Lussac, nota anche come legge di Charles e legge di Volta Gay-Lussac, afferma che in condizioni di pressione costante, il volume di un gas aumenta linearmente con la temperatura.
La legge prende il nome dal chimico-fisico francese Joseph Louis Gay-Lussac (1778-1850), che la formulò nel 1802. Il nome di legge di Charles deriva invece dallo scienziato francese Jacques Charles che scoprì la legge una quindicina di anni prima, ma senza tuttavia pubblicare i risultati delle sue ricerche. Nel 1791 il fisico italiano Alessandro Volta compì analoghe ricerche sulla dilatazione dei gas anticipando i risultati di Gay-Lussac. Per questo la legge sull'espansione dei gas è anche detta legge di Volta Gay-Lussac.
[modifica] Formulazione matematica e conseguenze fisiche
Indicando con V0 il volume del gas alla temperatura di 0°C e con V(T) il volume ad una temperatura T>0, questa legge è espressa matematicamente dalla relazione
con T in °C.
Il parametro α è detto coefficiente di espansione dei gas e vale per tutti i gas circa 3.663 · 10-3 °C -1, pari a circa 1/273 °C -1. (Le dimensioni di α sono °C -1 perché il prodotto α T deve essere adimensionale).
α rappresenta quindi l'aumento di volume subito da un volume unitario di gas quando la sua temperatura aumenta di 1°C. Ad esempio, se la temperatura del gas aumenta da 0 a 100°C, il volume del gas a 100°C è V(100) = V0(1+0.3663) =1.3663 V0; il volume del gas aumenta cioè del 36% circa.
Se la temperatura viene ridotta a valori inferiori a 0°C, allora il volume V(T) viene proporzionalmente ridotto; l'equazione prevede che il volume V si annulli in corrispondenza di una temperatura T=-1/α= -273.15 °C. Tale temperatura è detta zero assoluto.In realtà la maggior parte dei gas si liquefa prima di giungere a tale temperatura: l'azoto a -196 °C, l'idrogeno a -253°C.
L'elio tuttavia liquefa solo a -269 °C e segue la legge di Gay-Lussac più o meno fino a quella temperatura. Se si utilizza la scala assoluta di temperatura (scala kelvin), allora la prima legge di Gay Lussac prende la forma più semplice
con T in K.
La prima legge di Gay Lussac è sperimentalmente verificata per pressioni non troppo elevate e per temperature non troppo prossime alla temperatura di liquefazione del gas, ovvero quando il gas si comporta come un gas ideale.
