Il fissaidee
10. Gas ideali e temperatura assoluta
Per sviluppare una descrizione statistica microscopica è opportuno partire da un sistema particolarmente semplice, il gas ideale (o “perfetto”), intendendo con ciò un fluido così “rarefatto” che le sue proprietà termodinamiche non dipendono più da quali atomi o molecole è composto, ma solo dalla pressione, dalla temperatura e dal volume che occupa (al più anche da quanti atomi formano una molecola del gas). Come vedremo, da un punto di vista microscopico ciò avviene quando la separazione tra due molecole del gas è in media molto grande rispetto alla distanza, o meglio al “campo d’azione”, delle forze che agiscono tra di esse. In pratica, ciò è in buona approssimazione vero anche per l’atmosfera che respiriamo.
I primi studi sui gas ideali risalgono alle osservazioni fatte da Guillaume Amontons alla fine del XVII secolo, perfezionate poi da Alessandro Volta e Joseph Louis Gay-Lussac nel secolo successivo, riguardanti la dipendenza della pressione di un gas dalla temperatura mostrarono che \( P \) dipende linearmente dalla temperatura empirica espressa in celsius, ossia
\( P=C(θ+θ_0) \)
dove \( C \) è una costante che dipende dalla densità del gas e il valore “moderno” di \( θ_0 \) (che Amontons stimò in circa 240°C) risulta proprio pari a 273.15°C. Se allora definiamo la temperatura assoluta come \( T=θ+θ_0 \), la pressione diviene semplicemente proporzionale a \( T \) e inoltre, perché si abbia \( P>0, T \) deve essere necessariamente positiva, pertanto possiamo dire che lo “zero assoluto” di temperatura è pari a -273.15°C.