PRIMA LEZIONE: Lo stato fisico della materia; il liquido perfetto; massa volumica, densità e peso specifico.

Lo stato fisico della materia
La materia si presenta in natura sotto quattro differenti stati di aggregazione:

• stato liquido;
• stato aeriforme;
• stato di plasma.

Si definisce solido una sostanza che ha volume e forma propria.
In un solido, le forze interne, che tengono unite le molecole, dette forze di coesione, sono elevate e conferiscono stabilità all’insieme.
Si definisce liquido una sostanza che ha un volume proprio, ma non forma propria. In un liquido, le forze interne di coesione sono molto più deboli di quelle dei solidi, inoltre, l’elevata scorrevolezza delle molecole permette al liquido stesso di assumere la forma del contenitore in cui si trova.

Si definisce aeriforme una sostanza che non possiede né forma nè volume proprio.
In un aeriforme, le forze interne di coesione sono nulle, di conseguenza le molecole si diffondono spontaneamente nell’ambiente circostante. Per contenere gli aeriformi, occorre racchiuderli ermeticamente in contenitori, quali per esempio le bombole. La fase aeriforme si suddivide, a sua volta, in vapori e gas.
I vapori sono comunemente reperibili insieme al loro liquido, mentre i gas si presentano in natura esclusivamente come aeriformi e il loro stato liquido è ottenibile solo in laboratorio con processi particolari.
Da quanto suddetto si evince che la fase gassosa di una sostanza si trova ad una temperatura maggiore del suo vapore.
Il vapore più tipico e importante è quello acqueo, che per la sua capacità di accumulare e restituire energia è stato ed è utilizzato in svariate applicazioni industriali, quali la macchina motrice a vapore, la locomotiva, la turbina a vapore, il teleriscaldamento.
Un altro aeriforme di primaria importanza per il nostro pianeta è l’aria, la quale è effettivamente un gas, in quanto a pressione atmosferica, la sua condensazione avviene a temperature inferiori a -194 °C, ben lontane da quelle a cui si sviluppa la vita in natura.
Si definisce plasma un gas totalmente ionizzato, o almeno ad alto grado di ionizzazione, che si trova solo ad altissima temperatura.
In un liquido, le forze interne di coesione sono molto più deboli di quelle dei solidi, inoltre, l’elevata scorrevolezza delle molecole permette al liquido stesso di assumere la forma del contenitore in cui si trova.
Le caratteristiche del plasma sono molto particolari, infatti un gas normale è per sua natura isolante, mentre il plasma è un buon conduttore ed è sensibile ai campi magnetici.
Il plasma viene utilizzato in campo industriale, in particolare nei processi di saldatura e di taglio dei metalli.
Il passaggio da uno stato all’altro di una sostanza avviene a seguito di una variazione della pressione e soprattutto della temperatura della sostanza stessa. I passaggi di stato vengono sfruttati in diversi processi industriali tra cui la fusione dei metalli e delle leghe metalliche, la distillazione frazionata del petrolio e la produzione di gas liquido.

Il liquido perfetto
Si definisce liquido perfetto un liquido che presenta le seguenti proprietà:

• assoluta mancanza di attrito fra le sue molecole, per cui non verranno osservate perdite di energia durante il suo moto;
• indilatabilità: le dilatazioni, che avvengono a seguito dell’aumento della temperatura, non vengono considerate;
• incomprimibilità: al liquido viene attribuita la mancanza di elasticità.

Massa volumica, densità e peso volumico
Si riportano in seguito i concetti di massa volumica, densità e peso volumico.
Si definisce massa volumica il rapporto fra la massa di un corpo e il volume da essa occupato.
La massa volumica solitamente si indica con la lettera dell’alfabeto greco r (ro).
La densità è il rapporto fra la massa volumica della sostanza in esame e quella di un’altra presa come riferimento, solitamente acqua distillata a temperatura t = 4 °C e a pressione atmosferica. In queste condizioni l’acqua raggiunge il massimo valore di massa volumica: 1 kg occupa esattamente un dm3.
Per come è stata definita, la densità è una grandezza dimensionale.
Il peso volumico è il rapporto tra il peso di un corpo ed il suo volume. Il peso volumico solitamente si indica con la lettera dell’alfabeto greco g (gamma).

Pressione
Si definisce pressione il rapporto tra una forza uniformemente distribuita su una superficie e l’area della superficie stessa:
p = F/A
Essendo il pascal (Pa) l’unità di misura della pressione nel SI, si avrà dimensionalmente:
Altre unità di misura della pressione sono il bar e l’atmosfera (atm), fra esse sussistono le seguenti relazioni:
1 atm = 1,013 bar
1 bar = 100000 Pa

L’atmosfera di tipo internazionale è definita nel seguente modo:
quota: livello del mare
temperatura: 15 °C
massa volumica dell’aria: 1,225 kg/m3
pressione: 1013 mbar