Ze tří stavů hmoty procházejí plyny největšími objemovými změnami při měnících se teplotních a tlakových podmínkách, ale mění se i kapaliny. Kapaliny nereagují na změny tlaku, ale mohou reagovat na změny teploty v závislosti na jejich složení. Chcete-li vypočítat objemovou změnu kapaliny s ohledem na teplotu, potřebujete znát její koeficient objemové roztažnosti. Naproti tomu plyny všechny expandují a smršťují se více či méně v souladu se zákonem o ideálním plynu a změna objemu nezávisí na jeho složení.
TL; DR (příliš dlouhý; Nečetl)
Vypočítejte objemovou změnu kapaliny se změnou teploty vyhledáním jejího koeficientu roztažnosti (β) a pomocí rovnice. Teplota i tlak plynu jsou závislé na teplotě, takže pro výpočet změny objemu použijte zákon ideálního plynu.
Změny objemu kapalin
Když do kapaliny přidáte teplo, zvýšíte kinetickou a vibrační energii částic, které ji tvoří. Výsledkem je, že zvyšují svůj rozsah pohybu v mezích sil, které je drží pohromadě jako kapalina. Tyto síly závisí na síle vazeb, které drží molekuly pohromadě a navzájem se váží, a jsou pro každou kapalinu odlišné. Koeficient objemové roztažnosti - obvykle se označuje malým řeckým písmenem beta (β
) --je míra množství, které konkrétní kapalina expanduje na stupeň změny teploty. Toto množství můžete vyhledat pro jakoukoli konkrétní kapalinu v tabulce.Jakmile znáte koeficient roztažnosti (β)pro dotyčnou kapalinu vypočítejte změnu objemu pomocí vzorce:
\ Delta V = V_0 \ beta (T_1-T_0)
kde ∆V je změna teploty, V0 a T0 jsou počáteční objem a teplota a T1 je nová teplota.
Změny objemu pro plyny
Částice v plynu mají větší volnost pohybu než v kapalině. Podle zákona o ideálním plynu jsou tlak (P) a objem (V) plynu vzájemně závislé na teplotě (T) a počtu přítomných molů plynu (n). Ideální rovnice plynu je:
PV = nRT
kde R je konstanta známá jako konstanta ideálního plynu. V SI (metrických) jednotkách je hodnota této konstanty 8,314 joulu na mol Kelvina.
Tlak je konstantní: Přeuspořádáním této rovnice pro izolaci objemu získáte:
V = \ frac {nRT} {P}
a pokud udržujete konstantní tlak a počet molů, máte přímý vztah mezi objemem a teplotou:
\ Delta V = \ frac {nR \ Delta T} {P}
kde ∆V je změna objemu a ∆T je změna teploty. Pokud začnete od počáteční teploty T0 a tlak V0 a chcete znát objem při nové teplotě T1 rovnice se stává:
V_1 = \ frac {nR (T_1-T_0)} {P} + V_0
Teplota je konstantní: Pokud udržujete konstantní teplotu a necháte měnit tlak, tato rovnice vám dá přímý vztah mezi objemem a tlakem:
V_1 = \ frac {nRT} {P_1-P_0} + V_0
Všimněte si, že objem je větší, pokud T1 je větší než T0 ale menší, pokud P1 je větší než P0.
Tlak i teplota se liší: Když se mění jak teplota, tak tlak, stane se rovnice:
V_1 = \ frac {nR (T_1-T_0)} {P_1-P_0} + V_0
Chcete-li najít nový objem, připojte hodnoty počáteční a konečné teploty a tlaku a hodnotu počátečního objemu.