Von den drei Aggregatzuständen erfahren Gase bei wechselnden Temperatur- und Druckverhältnissen die größten Volumenänderungen, aber auch Flüssigkeiten ändern sich. Flüssigkeiten reagieren nicht auf Druckänderungen, aber sie können je nach Zusammensetzung auf Temperaturänderungen reagieren. Um die Volumenänderung einer Flüssigkeit in Abhängigkeit von der Temperatur zu berechnen, müssen Sie ihren Volumenausdehnungskoeffizienten kennen. Gase hingegen dehnen sich alle mehr oder weniger nach dem idealen Gasgesetz aus und ziehen sich zusammen, und die Volumenänderung ist nicht von ihrer Zusammensetzung abhängig.
TL; DR (zu lang; nicht gelesen)
Berechnen Sie die Volumenänderung einer Flüssigkeit bei sich ändernder Temperatur, indem Sie ihren Ausdehnungskoeffizienten (β) nachschlagen und die Gleichung verwenden. Sowohl die Temperatur als auch der Druck eines Gases hängen von der Temperatur ab. Um die Volumenänderung zu berechnen, verwenden Sie daher das ideale Gasgesetz.
Volumenänderungen für Flüssigkeiten
Wenn Sie einer Flüssigkeit Wärme hinzufügen, erhöhen Sie die kinetische und Schwingungsenergie der darin enthaltenen Partikel. Dadurch vergrößern sie ihren Bewegungsspielraum im Rahmen der Kräfte, die sie als Flüssigkeit zusammenhalten. Diese Kräfte hängen von der Stärke der Bindungen ab, die Moleküle zusammenhalten und Moleküle aneinander binden, und sind für jede Flüssigkeit unterschiedlich. Der Volumenausdehnungskoeffizient – normalerweise mit dem griechischen Kleinbuchstaben Beta (β) --ist ein Maß für die Ausdehnung einer bestimmten Flüssigkeit pro Grad Temperaturänderung. Sie können diese Menge für jede bestimmte Flüssigkeit in einer Tabelle nachschlagen.
Sobald Sie den Ausdehnungskoeffizienten (β)Berechnen Sie für die betreffende Flüssigkeit die Volumenänderung mit der Formel:
\Delta V = V_0\beta (T_1-T_0)
wobei ∆V die Temperaturänderung ist, V0 und T0 sind das Anfangsvolumen und die Temperatur und T1 ist die neue Temperatur.
Volumenänderungen für Gase
Partikel in einem Gas haben mehr Bewegungsfreiheit als in einer Flüssigkeit. Nach dem idealen Gasgesetz hängen Druck (P) und Volumen (V) eines Gases wechselseitig von der Temperatur (T) und der Anzahl der vorhandenen Gasmole (n) ab. Die ideale Gasgleichung lautet:
PV=nRT
wobei R eine Konstante ist, die als ideale Gaskonstante bekannt ist. In SI-Einheiten (metrisch) beträgt der Wert dieser Konstante 8,314 Joule pro Mol Kelvin.
Druck ist konstant: Wenn Sie diese Gleichung neu anordnen, um das Volumen zu isolieren, erhalten Sie:
V=\frac{nRT}{P}
und wenn Sie den Druck und die Molzahl konstant halten, haben Sie eine direkte Beziehung zwischen Volumen und Temperatur:
\Updelta V = \frac{nR\Updelta T}{P}
wobei ∆V die Volumenänderung und ∆T die Temperaturänderung ist. Wenn Sie von einer Anfangstemperatur T. ausgehen0 und Druck V0 und wollen das Volumen bei einer neuen Temperatur T. wissen1 die Gleichung wird:
V_1=\frac{nR(T_1-T_0)}{P}+V_0
Temperatur ist konstant: Wenn Sie die Temperatur konstant halten und den Druck ändern lassen, erhalten Sie mit dieser Gleichung eine direkte Beziehung zwischen Volumen und Druck:
V_1=\frac{nRT}{P_1-P_0}+V_0
Beachten Sie, dass das Volumen größer ist, wenn T1 ist größer als T0 aber kleiner wenn P1 ist größer als P0.
Druck und Temperatur variieren beide: Wenn sowohl Temperatur als auch Druck variieren, lautet die Gleichung:
V_1=\frac{nR(T_1-T_0)}{P_1-P_0}+V_0
Geben Sie die Werte für Anfangs- und Endtemperatur und -druck sowie den Wert für Anfangsvolumen ein, um das neue Volumen zu ermitteln.