Curiosità molecole gas e forza peso
Sapreste spiegarmi perché ogni volta che si "ragiona" sui gas si trascura la forza peso? Va bene che la massa di un atomo è insignificante, ma l'accelerazione cui sono sottoposte dovrebbe comunque essere 9.806 m/s^2 il che non mi sembra trascurabile. Tipo (esempio) quando i prof ci spiegano alcuni modelli per ricavare le equazioni di stato (o equazione utili in generale ahaha) spesso e volentieri si considera solo l'energia cinetica o le forze di van der waals delle particelle e si trascura la forza peso.
Risposte
Fai un confronto fra le energie cinetica e potenziale (del peso) in gioco...
In generale, quando ad esempio si considera il primo principio della termodinamica per sistemi aperti, tra le forme di energia che variano da sezione di ingresso a sezione di uscita c'è anche l'energia potenziale gravitazionale : $g\Deltaz$ (per unità di massa). Nella pratica , spesso la variazione di energia gravitazionale per un gas è del tutto trascurabile, cosí quella dell'energia cinetica.
La densità di un gas, variabile con temperatura e pressione, è piccola rispetto a quella di un liquido. Prendiamo ad esempio l'aria. A temperatura di 0ºC e pressione di 1 atm , la densità vale circa $1.29 (kg)/m^3 $ . L'acqua invece ha una densità circa 775 volte maggiore : $1000 (kg) /m^3 $ . Molti gas hanno densità che sono anche 4 o 5 volte maggiori di quelle dell'aria, nelle stesse condizioni di temperatura e pressione, ma sono sempre valori piccoli rispetto ai liquidi.
Prendiamo ad esempio un compressore d'aria, che aspira aria dall'ambiente e lo manda in serbatoi di stoccaggio, dove si arriva anche a 30 atm . Supponiamo che i serbatoi siano 5m più in alto del compressore : l'energia richiesta per sollevare 1kg di aria è irrisoria, se paragonata all'energia richiesta per comprimere la stessa quantità a 30 atm . Anche la variazione di energia cinetica è praticamente nulla. In sostanza, tutto il lavoro del compressore se ne va per la compressione del gas, oltre che per le inevitabili perdite .
Diverso è il caso di una pompa idraulica, che aspira acqua da un serbatoio in basso e la deve sollevare di 5m al serbatoio superiore: qui è trascurabile, in genere , la variazione di energia cinetica , e la variazione di energia di pressione (supponiamo che lo sbocco nel serbatoio superiore sia in aria) , sicché tutta l'energia , cioè tutto il lavoro eseguito dalla pompa , è speso proprio per aumentare la quota del''acqua : l'energia comunicata all'acqua per unità di massa vale $gH$ , essendo $H$ la prevalenza della pompa .
Quanto sopra detto va poi rifinito opportunamente quando si trattano questi argomenti nello specifico.
La densità di un gas, variabile con temperatura e pressione, è piccola rispetto a quella di un liquido. Prendiamo ad esempio l'aria. A temperatura di 0ºC e pressione di 1 atm , la densità vale circa $1.29 (kg)/m^3 $ . L'acqua invece ha una densità circa 775 volte maggiore : $1000 (kg) /m^3 $ . Molti gas hanno densità che sono anche 4 o 5 volte maggiori di quelle dell'aria, nelle stesse condizioni di temperatura e pressione, ma sono sempre valori piccoli rispetto ai liquidi.
Prendiamo ad esempio un compressore d'aria, che aspira aria dall'ambiente e lo manda in serbatoi di stoccaggio, dove si arriva anche a 30 atm . Supponiamo che i serbatoi siano 5m più in alto del compressore : l'energia richiesta per sollevare 1kg di aria è irrisoria, se paragonata all'energia richiesta per comprimere la stessa quantità a 30 atm . Anche la variazione di energia cinetica è praticamente nulla. In sostanza, tutto il lavoro del compressore se ne va per la compressione del gas, oltre che per le inevitabili perdite .
Diverso è il caso di una pompa idraulica, che aspira acqua da un serbatoio in basso e la deve sollevare di 5m al serbatoio superiore: qui è trascurabile, in genere , la variazione di energia cinetica , e la variazione di energia di pressione (supponiamo che lo sbocco nel serbatoio superiore sia in aria) , sicché tutta l'energia , cioè tutto il lavoro eseguito dalla pompa , è speso proprio per aumentare la quota del''acqua : l'energia comunicata all'acqua per unità di massa vale $gH$ , essendo $H$ la prevalenza della pompa .
Quanto sopra detto va poi rifinito opportunamente quando si trattano questi argomenti nello specifico.
"Maurizio Zani":
Fai un confronto fra le energie cinetica e potenziale (del peso) in gioco...
Ringrazio @Shackle per la risposta molto dettagliata, ma questa semplice frase ha avuto più effetto... forse perché, Professore, sono stato suo studente l'anno scorso! In ogni caso, per specificare, la curiosità mi era sorta studiando l'equazione di stato di Van Der Waals ed in effetti, come ha detto, l'energia cinetica di una molecola di gas è molto più grande del potenziale. Grazie
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