Trasformazioni isoterme

Una trasformazione isoterma è un particolare tipo di trasformazione termodinamica in cui l’energia interna (quindi la temperatura) del sistema si mantiene costante durante la trasformazione. Per un gas perfetto le trasformazioni isoterme reversibili (che avvengono attraverso una successione di stati di equilibrio e in assenza di attriti) seguono una legge espressa dalla relazione

PV = costante

dove P e V indicano la pressione e il volume del gas ad un determinato istante.
Il gas subendo un’espansione o una compressione isoterma non varia la sua temperatura.
Ciò avviene perché il gas, espandendosi, perde energia, compiendo lavoro, a spese di un termostato che gli fornisce energia, nella forma di calore, per mantenere invariata l’energia interna del gas. Il contrario avviene durante una compressione in cui dell’energia viene ceduta al gas, compiendo lavoro su di esso, e questo la restituisce al termostato, in forma di calore, mantenendo inalterata la sua energia interna. Poiché l’energia interna del gas è direttamente proporzionale alla sua temperatura assoluta, durante l’espansione o la compressione la sua temperatura rimane costante.
Verrà ora descritto un apparato sperimentale per mezzo del quale è possibile studiare questo genere di trasformazioni.
Le Figure 1 e 2 mostrano, rispettivamente, l’apparato sperimentale utilizzato per condurre l’esperimento e un particolare del cilindro in plexiglas contenente il gas.
L’apparato è progettato per funzionare esclusivamente con un sistema di acquisizione on line. Abbassando e sollevando la leva si provocano delle compressioni e delle espansioni. Comprimendo, molto lentamente, il gas contenuto nel cilindro si può realizzare una trasformazione praticamente isoterma. Si ottengono buoni risultati per trasformazioni della durata complessiva di alcuni minuti.

Figura 1 - Apparato sperimentale.

Figura 2 - Particolare del cilindro.

Esperimento