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La struttura e le diverse fasi della materia

Compressed Air Wiki Nozioni teoriche di base Fisica dei compressori di aria

Per capire il funzionamento dell'aria compressa, un'introduzione di base alla fisica sottostante può risultare particolarmente utile. Iniziamo con un'illustrazione della struttura della materia. Nella seconda parte verranno fornite ulteriori informazioni sui quattro stati distinti della materia e sulle sue molecole.

Di che cosa è fatta la materia?

i diversi stati della materia
Tutta la materia, sia essa in forma gassosa, liquida o solida, è formata da atomi. Benché compaiano quasi sempre raggruppati in molecole, gli atomi sono pertanto gli elementi costitutivi fondamentali della materia. Una molecola è costituita da un certo numero di atomi riuniti insieme ad altri atomi dello stesso tipo o di tipo diverso. Gli atomi sono costituiti da un nucleo denso, formato da protoni e neutroni, circondato da un certo numero di elettroni piccoli e leggeri, che ruotano velocemente su se stessi. Esistono altri elementi costitutivi, ma non sono stabili. Tutte queste particelle sono caratterizzate da quattro proprietà, vale a dire:
- carica elettrica
- massa a riposo
- momento meccanico
- momento magnetico

Il numero dei protoni presenti nel nucleo di un atomo è uguale al numero atomico di quest'ultimo, mentre il numero totale di protoni e neutroni è approssimativamente uguale alla massa totale dell'atomo, poiché gli elettroni non aggiungono quasi massa. Tali informazioni sono riportate nella tavola periodica. I gusci elettronici contengono un numero di elettroni pari a quello dei protoni presenti nel nucleo. Ciò significa che in generale gli atomi sono elettricamente neutri.

Nel 1913, il fisico danese Niels Bohr introdusse un modello costruttivo dell'atomo. Egli dimostrò che gli atomi possono esistere soltanto in uno stato detto stazionario, con una determinata energia. Se un atomo effettua una transizione da un livello di energia a un altro, viene emesso un quanto di radiazione noto come fotone. Le diverse transizioni si manifestano sotto forma di luce con varie lunghezze d'onda, che in uno spettrografo assumono l'aspetto di righe dello spettro proprio dell'atomo.

Quali sono le quattro fasi della materia?

Gli atomi uniti da legami chimici sono detti molecole. Questi raggruppamenti sono così piccoli che 1 mm3 di aria alla pressione atmosferica contiene circa 2,55 x 10^16 molecole. In linea di principio, tutta la materia può esistere in quattro stati distinti, vale a dire:
- lo stato solido
- lo stato liquido
- lo stato gassoso
- lo stato di plasma

Nella materia allo stato solido, le molecole sono saldamente impacchettate in una struttura con forti legami. A temperature superiori allo zero assoluto, vi è comunque un certo grado di movimento molecolare. In tale stato sono presenti vibrazioni intorno a una posizione di equilibrio, che diventano più veloci a mano a mano che la temperatura aumenta. Quando una sostanza allo stato solido viene riscaldata al punto che il rigido schema del reticolo non riesce più a impedire il movimento delle molecole, queste si liberano e la sostanza fonde, trasformandosi in un liquido. Se il liquido viene riscaldato ulteriormente, il legame fra le molecole si spezza completamente e la sostanza liquida passa allo stato gassoso, espandendosi in tutte le direzioni e mescolandosi con gli altri gas presenti nell'ambiente. Se vengono raffreddate, le molecole del gas perdono velocità e si legano nuovamente l'una all'altra dando luogo al fenomeno della condensazione. Se vengono riscaldate ulteriormente, tuttavia, le molecole si spezzano nelle rispettive sotto-particelle individuali, fino a formare un plasma di elettroni e nuclei atomici.

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