Af de tre tilstande af stoffer gennemgår gasser de største volumenændringer med skiftende temperatur- og trykforhold, men væsker gennemgår også ændringer. Væsker reagerer ikke på trykændringer, men de kan reagere på temperaturændringer afhængigt af deres sammensætning. For at beregne volumenændring af en væske i forhold til temperatur skal du kende dens volumetriske ekspansionskoefficient. På den anden side ekspanderer gasser og trækker sig mere eller mindre sammen i overensstemmelse med den ideelle gaslov, og volumenændringen afhænger ikke af dens sammensætning.
TL; DR (for lang; Har ikke læst)
Beregn volumenændring af en væske med skiftende temperatur ved at slå dens ekspansionskoefficient (β) op og bruge ligningen. Både temperaturen og trykket på en gas er afhængige af temperaturen, så brug den ideelle gaslov for at beregne volumenændring.
Volumenændringer for væsker
Når du tilføjer varme til en væske, øger du den kinetiske og vibrationsenergi af partiklerne, der indeholder den. Som et resultat øger de deres bevægelsesområde inden for grænserne for de kræfter, der holder dem sammen som en væske. Disse kræfter afhænger af styrken af de bindinger, der holder molekyler sammen og binder molekyler til hinanden, og er forskellige for hver væske. Koefficienten for volumetrisk ekspansion - normalt betegnet med små bogstaver beta (β
) --er et mål for den mængde, en bestemt væske ekspanderer pr. grad af temperaturændring. Du kan slå denne mængde op for en bestemt væske i en tabel.Når du kender ekspansionskoefficienten (β)beregne volumenændringen for den pågældende væske ved hjælp af formlen:
\ Delta V = V_0 \ beta (T_1-T_0)
hvor ∆V er ændringen i temperatur, V0 og T0 er det oprindelige volumen og temperatur og T1 er den nye temperatur.
Volumenændringer for gasser
Partikler i en gas har større bevægelsesfrihed end i en væske. I henhold til den ideelle gaslov er trykket (P) og volumen (V) af en gas indbyrdes afhængige af temperaturen (T) og antallet af tilstedeværende mol gas (n). Den ideelle gasligning er:
PV = nRT
hvor R er en konstant kendt som den ideelle gaskonstant. I SI (metriske) enheder er værdien af denne konstant 8,314 joule pr. Mol Kelvin.
Trykket er konstant: Omarrangering af denne ligning for at isolere lydstyrke får du:
V = \ frac {nRT} {P}
og hvis du holder trykket og antallet af mol konstant, har du et direkte forhold mellem volumen og temperatur:
\ Delta V = \ frac {nR \ Delta T} {P}
hvor ∆V er ændring i lydstyrke og ∆T er ændring i temperatur. Hvis du starter fra en starttemperatur T0 og tryk V0 og ønsker at kende lydstyrken ved en ny temperatur T1 ligningen bliver:
V_1 = \ frac {nR (T_1-T_0)} {P} + V_0
Temperaturen er konstant: Hvis du holder temperaturen konstant og lader trykket ændre sig, giver denne ligning dig et direkte forhold mellem volumen og tryk:
V_1 = \ frac {nRT} {P_1-P_0} + V_0
Bemærk, at lydstyrken er større, hvis T1 er større end T0 men mindre hvis P1 er større end P0.
Tryk og temperatur varierer begge: Når både temperatur og tryk varierer, bliver ligningen:
V_1 = \ frac {nR (T_1-T_0)} {P_1-P_0} + V_0
Tilslut værdierne for start- og sluttemperatur og tryk og værdien for startvolumen for at finde den nye lydstyrke.