Kolmesta aineen tilasta kaasuissa tapahtuu suurimmat tilavuuden muutokset lämpötilan ja paineen muuttuessa, mutta myös nesteissä tapahtuu muutoksia. Nesteet eivät reagoi paineen muutoksiin, mutta ne voivat reagoida lämpötilan muutoksiin niiden koostumuksesta riippuen. Nesteen tilavuuden muutoksen laskemiseksi lämpötilan suhteen sinun on tiedettävä sen tilavuuslaajenemiskerroin. Toisaalta kaikki kaasut laajenevat ja supistuvat enemmän tai vähemmän ihanteellisen kaasulain mukaisesti, eikä tilavuuden muutos ole riippuvainen sen koostumuksesta.
TL; DR (liian pitkä; Ei lukenut)
Laske nesteen tilavuuden muutos lämpötilan muuttuessa etsimällä sen laajenemiskerrointa (β) ja käyttämällä yhtälöä. Sekä kaasun lämpötila että paine riippuvat lämpötilasta, joten laskeaksesi tilavuuden muutoksen, käytä ihanteellista kaasulakia.
Nestemäärien muutokset
Kun lisäät lämpöä nesteeseen, lisäät sitä muodostavien hiukkasten kineettistä ja värähtelyenergiaa. Tämän seurauksena ne lisäävät liikealuettaan niitä nesteinä pitävien voimien rajoissa. Nämä voimat riippuvat molekyylien yhdessä pitävien ja molekyylien toisiinsa sitovien sidosten voimakkuudesta, ja ne ovat erilaiset jokaiselle nesteelle. Tilavuuslaajenemiskerroin - yleensä merkitty kreikan pienellä kirjaimella beeta (β
) --on mitan määrä, jonka tietty neste laajenee lämpötilan muutosastetta kohti. Voit etsiä tämän määrän tietystä nesteestä taulukosta.Kun tiedät laajenemiskertoimen (β)laskea kyseessä olevan nesteen tilavuuden muutos kaavalla:
\ Delta V = V_0 \ beta (T_1-T_0)
missä ∆V on lämpötilan muutos, V0 ja T0 ovat alkutilavuus ja lämpötila ja T1 on uusi lämpötila.
Kaasujen tilavuuden muutokset
Kaasun hiukkasilla on enemmän liikkumisvapautta kuin nesteellä. Ihanteellisen kaasulain mukaan kaasun paine (P) ja tilavuus (V) ovat toisistaan riippuvaisia lämpötilasta (T) ja läsnä olevan kaasumoolin määrästä (n). Ihanteellinen kaasuyhtälö on:
PV = nRT
missä R on vakio, joka tunnetaan ihanteellisena kaasuvakiona. SI (metriset) yksiköissä tämän vakion arvo on 8,314 joulea moolia Kelviniä kohti.
Paine on vakio: Järjestämällä tämä yhtälö tilavuuden eristämiseksi saat:
V = \ frac {nRT} {P}
ja jos pidät paineen ja moolien määrän vakiona, tilavuuden ja lämpötilan välillä on suora suhde:
\ Delta V = \ frac {nR \ Delta T} {P}
missä ∆V on tilavuuden muutos ja ∆T on lämpötilan muutos. Jos aloitat alkulämpötilasta T0 ja paine V0 ja haluat tietää tilavuuden uudessa lämpötilassa T1 yhtälöstä tulee:
V_1 = \ frac {nR (T_1-T_0)} {P} + V_0
Lämpötila on vakio: Jos pidät lämpötilan vakiona ja annat paineen muuttua, tämä yhtälö antaa sinulle suoran suhteen tilavuuden ja paineen välillä:
V_1 = \ frac {nRT} {P_1-P_0} + V_0
Huomaa, että äänenvoimakkuus on suurempi, jos T1 on suurempi kuin T0 mutta pienempi, jos P1 on suurempi kuin P0.
Paine ja lämpötila vaihtelevat: Kun sekä lämpötila että paine vaihtelevat, yhtälöstä tulee:
V_1 = \ frac {nR (T_1-T_0)} {P_1-P_0} + V_0
Kytke alku- ja loppulämpötilan ja -paineen arvot sekä alkutilavuuden arvo uuden tilavuuden löytämiseksi.