Legge Di Boyle A cura di Enrico Sattin 15/01/2019

INTRODUZIONE: Chiunque abbia usato una pompa da bicicletta sa che se si tiene chiusa l'estremita' della pompa e si cerca di comprimere l'aria, questa fa sempre piu' "resistenza". Secondo la legge di Boyle la pressione e' inversamente proporzionale al volume. Cioe' premendo un gas con uno stantuffo in un recipiente stagno, la pressione aumenta. Se la temperatura rimane costante allora queste due quantita' cambiano in modo che Pressione*Volume=costante.. 15/01/2019

Strumenti e materiale occorrenti: Barometro per la misura della pressione atmosferica Apparecchio composto da una struttura verticale in metallo in cui sono fissati un tubo di vetro graduato con rubinetto, un tubo di vetro aperto da entrambe le estremità, un tubo flessibile di gomma, un asta millimetrata e alcuni gancetti Mercurio 15/01/2019

Cosa dice e a cosa serve la legge Le legge di Boyle (1662) o legge dell'isoterma afferma che per un gas ideale a temperatura T costante il prodotto della pressione (assoluta) p per il volume V è costante, cioè in formule pV = costante (per T costante) o, il che è lo stesso, pV = p0V0 (per T costante), se con p0 e V0 si indicano rispettivamente la pressione iniziale e il volume iniziale del gas.In altre parole, le relazioni precedenti esprimono che a temperatura costante (per esempio quella ambiente) dimezzando il volume a disposizione di una certa massa di gas la sua pressione raddoppia e, viceversa, raddoppiando il volume, la pressione del gas si dimezza. Ne segue che per una certa temperatura in un diagramma con il volume V del gas in ascissa e la pressione p in ordinata (piano di Clapeyron) la legge di Boyle è rappresentata da un ramo (quello positivo) di un'iperbole equilatera, come evidenziato nel diagramma seguente 15/01/2019

Andamento della pressione e del volume 15/01/2019

ACCORGIMENTI E' importante sottolineare che, dal momento che un gas ideale non esiste in natura, per i gas reali la legge di Boyle non vale sempre, perché il gas è reale e non ideale. Tuttavia nelle scienze applicate l'aria, per esempio, può considerarsi un gas ideale nei limiti di errore dell' 1% alla temperatura ambiente e per pressioni fino a 25 atmosfere e lo stesso margine d'errore vale con pressione di una atmosfera fino a -95°C. Di fatto un gas reale può essere trattato come un gas ideale quanto più si è nelle condizioni di pressione sufficientemente bassa e di temperatura alta rispetto a quella per cui si avrebbe condensazione in relazione ad un fissato valore della pressione 15/01/2019

Cenni Storici Il contesto storico in cui venne formulata la legge di Boyle si colloca all'interno di quella grande serie di esperimenti che seguirono lo storico e famosissimo esperimento condotto da Evangelista Torricelli nel 1644 a seguito del quale si scoprì la pressione atmosferica e gli scienziati cominciarono ad interessarsi allo studio dell'aria e dei gas. Fu infatti nell'eseguire esperimenti di compressione di una certa massa d'aria che Boyle scoprì la legge che porta il suo nome. A titolo di curiosità si segnala che nel formulare la sua legge, Boyle non specificò che la temperatura dovesse essere mantenuta rigorosamente costante, condizione necessaria perché la relazione pV = costante sia effettivamente verificata. Egli diede infatti per scontata una tale precauzione, tuttavia il fisico francese Edme Mariotte (1630- 1684), che scoprì indipendentemente la stessa legge, specificò chiaramente che la temperatura dovesse essere mantenuta costante e per questa ragione nell'Europa continentale la legge di Boyle circola spesso col nome di legge di Mariotte. 15/01/2019

Preparazione dell’apparato sperimentale Versare il mercurio nel tubo in modo tale che si distribuisca nei due rami ad una certa altezza. In queste condizioni la p sulle due superfici libere del mercurio è uguale alla p atmosferica Po, che rilevi leggendo il barometro. Inserisci il valore Po, in cm Hg, nella tabella. Chiudi il rubinetto: una certa massa d’aria è racchiusa nel tubo graduato. Leggi il suo volume iniziale Vo e inserisci questo valore nella tabella. Nelle colonne accanto, inserisci gli errori assoluti sulla misura di Po e di Vo, che sono pari alla sensibilità dei due strumenti, il barometro e il tubo graduato 15/01/2019

ESECUZIONE DELL’ESPERIMENTO Occorre spostare verso l’alto il provettone destro (aperto) del tubo quel che basta per far aumentare la pressione del gas, quindi si crea un dislivello nei due provettoni del mercurio; questo dislivello in cm Hg letto sulla scala millimetrica è uguale all’aumento di pressione ΔP, che si deve aggiungere a Po per ottenere la nuova pressione del gas; riporta ΔP nella tabella 15/01/2019

TABELLA DATI Vo cm3 Ev Po cmHg Ep ΔP EΔP V 1 2 3 4 5 24.0 766 23.4 793 22.2 861 4 20.3 990 5 18.6 1101 15/01/2019

SCHEMA DELL’APPARECCHIATURA 15/01/2019

Conclusioni Prova condotta in modo da sottolineare la dipendenza tra pressione e volume tralasciando degli errori e di altre variabili; è risultata comunque positiva 15/01/2019