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Titolo: perché la teoria cinetica dei gas...

Uno studente mi chiede...questo modello sui gas perché dovrebbe essere
valido? In fondo è un'ipotesi quella di vedere le molecole come
palline con le condizioni che sappiamo. Cosa ci fa convincere che
questo modello ci dice, ad esempio, veramente qualcosa sull'energia
cinetica delle molecole? Grazie

roberto ha scritto:

La domanda mi piace, perche' si collega bene a un'osservazione che
ricordo di aver fatto durante un corso di aggiornamento, a proposito
delle leggi dei gas.
Piu' o meno era questa.
Avevamo fatto i soliti esperimenti sulla legge di Volta (andamento di
V in funzione delle tmeperatura a pressione costante) e avevamo visto
che all'ingrosso i dati ottenuti per diversi gas si trovavano su rette
che passavano per lo stesso punto sull'asse delle t (-273 ^C).
Allora feci notare che era importante osservare che questa era una
scoperta _grande_: come mai gas diversi avevano questa proprieta'
comune? Forse c'era sotto qualcosa...
Ne approfittai per far notare che questo clima della scoperta c'e'
sempre stato nella scienza: due secoli fa come oggi.
Non e' che quelle di allora fossero delle bischerate e solo quelle di
oggi (tipo bosone di Higgs, se si trovera') sono fondamentali.
Secondo me queste cosa vanno dette. Lo stesso vale per la caduta dei
gravi (Galileo) e per cento altre cose.
Cio' premesso, rispondo alla domanda.
Dal modello si possono trarre delle conseguenze.
Una e' la legge di Kronig-Clausius: i prodotto pV e' proporzionale
all'en. cinetica media delle molecole.
Mettila insieme alla legge di Boyle, e ti lega questa en. cinetica
alla temper. assoluta: proprio quella che e' venuta fuori
dall'esperienza che dicevo sopra.
Allora: gas alla stessa temperatura hanno uguali en. cinetiche medie.
Questo e' dunque cio' che caratterizza l'equilibrio termico!
Ma sara' vero? Oggi non e' difficile costruire una simulazione a
computer che lo prova (se t'interessa, ti dico dove puoi trovare una
che abbiamo fatta anni fa).
Se il tuo studente e' ipercritico, potra' ancora dire "bene, ma
in fondo questo non e' ancora una prova. Potrebbe anche darsi che le
molecole non esistano affatto, e le cose vadano cosi' per tutt'altre
ragioni...
Allora sta a te raccontargli la storia delle "scoperta" degli atomi,
che culmino' nella spiegazione del moto browniano e nella
determinazione del numero di Avogadro.
Guarda caso, siamo nel 2005: perche' anno internazionale della fisica?
Anche per questo...
 
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Elio Fabri
Dip. di Fisica - Univ. di Pisa
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 ha scritto...

Il modello conduce a previsioni controllabili che non
sono giustificate altrimenti. Ad esempio, consente di
prevedere che l'energia interna di un gas perfetto
dipenda soltanto dalla temperatura, o quale sia il
valore dei calori specifici.
Paolo Cavallo

 ha scritto nel messaggio 
news:fc9060c8.05020...@posting.google.com...

Bene, quello che sfrutta la teoria cinetica dei gas è appunto un modello, e 
come tale soffre di vincoli, quali ad esempio la non interazione tra le 
particelle, e gli urti prettamente elastici, e soffre anche delle verifiche 
sperimentali. Quindi quello che ci dice che il modello funziona sono il 
livello di verifiche sperimentali che esso ci fornisce. Questo diciamo è un 
discorso che si può applicare su qualunque modello fisico. Attenzione, il 
modello non è una teoria vera e propria, ma è quello su cui si basa la 
teoria per dare validità ai dati sperimentali. E' possibile nel caso della 
teoria cinetica dei gas verificare che entro i limiti su cui il modello è 
applicabile, cioé alte temperature o pressioni basse, o cmq tali da poter 
trascurare le interazioni tra le particelle rispetto agli urti prettamente 
elastici.
Galilei 


Gli esperimenti e il collegamento con altri pezzi di informazione.
Tra i dati ottenibili da misure citerei i calori specifici di gas 
monoatomici in condizioni di gas perfetto per restare su un terreno di 
contatto diretto con le trattazioni semplici (ma a quali studenti fai 
riferimento ? di che eta' ?).
E naturalmente, la derivazione dell' equazione di stato.
Poi, ad un livello un po' piu' complesso dal punto di vista di 
formalizzazione, ma ancora comprensibile almeno da un punto di vista 
qualitativo, ci sono gli argomenti basati sull'  osservazione del moto 
browniano e sulla sua interpretazione in termini di effetto degli urti 
molecolari (e visto, il centenario che ricorre quest' anno, e'   anche 
un' occasione per citare il terzo dei tre lavori "fondamentali" di 
Einstein...).
Giorgio


a mio modo di vedere la risposta risiede nel significato stesso del termine
modello. in sostanza i conti tornano se ci limitiamo al campo di esperimenti
in cui il modello è valido

 di esperimenti in cui il modello è valido
Non ti sembra un po' tautologico?


 gravi (Galileo) e per cento altre cose.
Alle sacrosante parole del Professor Fabri aggiungerei solo quattro righe.
Una qualsiasi teoria non è la realtà, ma è sempre una modellazione
concettuale della natura e niente di più. Una teoria è buona se, oltre a
spiegare i fenomeni noti, riesce a prevederne altri.
Nel caso in esame, la teoria cinetica ci dà indicazioni della correlazione
tra energia cinetica media e temperatura che, come ha detto il Prof. Fabri,
sono confermate dalle osservazioni. E allora diventa pura filosofia
preoccuparsi del fatto che le molecole siano palline o qualcos'altro, no?
Tanto per fare un altro esempio, i quark cosa sono? Il modello a quark fu
proposto da Gell-Mann per spiegare delle simmetrie che apparivano evidenti
tra categorie di adroni. Nessuno (credo) ha mai visto un quark, ma il
modello a quark si è rivelato un valido strumento per spiegare le
osservazioni.
cordiali saluti
gino
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