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QUANDO BOLLE UN LIQUIDO?

La fisica, lo studio della natura, la regina di tutte le scienze. Non poteva non avere un'area dedicata.
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demi801
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QUANDO BOLLE UN LIQUIDO?

Messaggio da demi801 » 13/09/2016, 10:37

quando un liquido bolle? quando ad una certa temperatura, la tensione del suo vapore saturo eguaglia la pressione a cui è sottoposta la superificie libera del liquido. COSA VUOL DIRE TUTTO CIò IN PAROLE POVERE?
francesco.aliotta
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Re: QUANDO BOLLE UN LIQUIDO?

Messaggio da francesco.aliotta » 13/09/2016, 17:48

Non vuol dire niente di speciale. Cerco di dirlo nella maniera più semplice possibile (spero). La transizione dallo stato liquido a quello gassoso non è altro che il passaggio di un sistema da una fase all'altra. Esattamente la stessa cosa che avviene passando dallo stato solido a quello liquido. Lo stato termodinamico del sistema è individuato da tre valori delle variabili termodinamiche pressione, temperatura e volume. Per semplificare le cose immagina di manipolare tutto mantenendo costante il valore di una di queste variabili. Ad esempio la pressione. Questa è una situazione che sperimenti nella vita quotidiana, quando ad esempio porti ad ebollizione una pentola di acqua per la pasta. Sei a pentola a perta o, al massimo, hai un coperchio non a tenuta che ti consente di non disperdere calore ma consente al vapore di uscire. Così, mentre la riscaldi, l'acqua nella pentola e la miscela di aria e vapore acqueo che sovrastano il liquido rimangono sempre a pressione atmosferica. Tu sali in temperatura sino a raggiungere (se ti trovi al livello del mare) i fatidici 100 °C. A quel punto vedi che l'acqua inizia a bollire. Noti anche un'altra cosa (semplice da verificare, basta avere a disposizione un termometro). Quando sei arrivato ai 100 °C, vedrai che pe quanto la fiamma rimanga accesa e quindi fornisca calore (energia) all'acqua la temperatura di questa rimane costante. Ed anche la temperatura del vapore acqueo (il gas saturo di acqua) rimane costante a 100 °C. Quello che cambia nel tempo è solo la quantità di acqua contenuta nella pentola. L'energia fornita serve solo a provocare la transizione di fase (l'evaporazione, in questo caso). Se aspetti un tempo sufficientemente lungo l'acqua evapora totalmente (e poi puoi gettare la pentola), Tutte queste cose ovvie cosa ti dicono? Ti dicono che l'acqua liquida a 100 °C ed a pressione di 1 bar, coesiste con l'acqua in fase gassosa alla stessa temperatura ed alla stessa pressione. Quando osservi una transizione di fase (come avviene nel caso dell'ebollizione) osservi una situazione nella quale i due stati termodinamici corrispondenti alle due fasi (liquido e solido) coesistono. Fissata la pressione esiste un solo valore della temperatura per cui questa coesistenza è possibile. Quindi, nell'esempio banale che ho riportato, possiamo dire che alla pressione di un bar l'acqua liquida coesiste con il suo gas alla stessa temperatura. Che uoi tradurre in: a 100 gradi centigradi la tensione di vapore del gas saturo eguaglia la pressione a cui è sottoposta la superficie libera del liquido (1 bar) quando la sua pressione (quella del gas saturo) raggiunge il valore di un bar. Non guardare alla superficie dell'acqua. Guarda le bolle che si formano all'interno e che salgono verso l'alto. Il vapore d'acqua all'interno di quelle bolle è esattamente ad una pressione di 1 bar. Ed anche il liquido che le racchiude è esattamente alla pressione di 1 bar. Solo quando crei questa situazione osservi l'ebollizione. Ovviamente il punto di coesistenza non è veramente un punto ma è una linea. Dipende infatti dalla pressione. Se utilizzi una pentola a pressione sai che raggiungerai temperature più elevate di 100 °C. Perchè questa volta mantieni costante il volume. Quando fornisci calore, il liquido si dilata ed anche il gas che lo sovrasta vorrebbe dilatarsi. Ma il gas va invece a comprimersi a causa di un contenitore a tenuta che mantiene il volume costante. Quindi la pressione del gas sale e di conseguenza sale la pressione esercitata sulla superficie libera del liquido. Risultato: ad una pressione maggiore l'acqua liquida raggiungerà il punto di coesistenza con il suo gas ad una temperatura superiore ai 100°C.
Questo è vero per ogni tipo di transizione di fase. Ad esempio, ti sei mai chiesto perchè sia possibile pattinare sul ghiaccio? La risposta è simile a quella che ti ho dato per l'ebollizione. Il ghiaccio e l'acqua coesistono (a pressione atmosferica) ad una temperatura di 0°C. Ma se aumenti la pressione, la temperatura di coesistenza diviene più bassa (molto più bassa se la pressione è elevata). Il che vuol dire che a pressioni più elevate l'acqua solidifica a temperature più basse. Ora, se un tizio di 70 kg, sale su un paio di schettini, tutto il suo peso andrà a gravare su due piccolissime superfici (le aree delle due sottili lame). Quindi l'incremento di pressione sotto le lame è elevato. Risultato: anche se sei a -10°C, sotto i tuoi schettini il ghiaccio si fonde immediatamente perchè a quella pressione non può esistere termodinamicamente (per motivi energetici). E quindi le tue lame non sono mai in contatto con il ghiaccio ma solo con uno straterello di acqua liquida che ti consente di scivolare senza fare praticamente alcun attrito. Di nuovo, la condizione di coesistenza tra le due fasi dipende dal valore delle tre variabili termodinamiche. Se ne cambi una, cambi le condizioni e quindi cambi il punto di coesistenza.
Spero di essere riuscito ad essere chiaro.
Comunque...ben venuto.
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