Dei tre stati della materia, i gas subiscono le maggiori variazioni di volume al variare delle condizioni di temperatura e pressione, ma anche i liquidi subiscono variazioni. I liquidi non sono sensibili ai cambiamenti di pressione, ma possono essere sensibili ai cambiamenti di temperatura, a seconda della loro composizione. Per calcolare la variazione di volume di un liquido rispetto alla temperatura, è necessario conoscere il suo coefficiente di espansione volumetrica. I gas, invece, si espandono e si contraggono tutti più o meno secondo la legge dei gas ideali, e la variazione di volume non dipende dalla sua composizione.
TL; DR (troppo lungo; non letto)
Calcola la variazione di volume di un liquido al variare della temperatura cercando il suo coefficiente di espansione (β) e usando l'equazione. Sia la temperatura che la pressione di un gas dipendono dalla temperatura, quindi per calcolare la variazione di volume, utilizzare la legge dei gas ideali.
Modifiche di volume per liquidi
Quando si aggiunge calore a un liquido, si aumenta l'energia cinetica e vibrazionale delle particelle che lo compongono. Di conseguenza, aumentano la loro gamma di movimento entro i limiti delle forze che li tengono insieme come un liquido. Queste forze dipendono dalla forza dei legami che tengono insieme le molecole e legano le molecole tra loro e sono diverse per ogni liquido. Il coefficiente di espansione volumetrica - solitamente indicato dalla lettera greca minuscola beta (β
Una volta che conosci il coefficiente di espansione (β)per il liquido in questione calcolare la variazione di volume utilizzando la formula:
\Delta V = V_0\beta (T_1-T_0)
dove ∆V è la variazione di temperatura, V0 e T0 sono il volume e la temperatura iniziali e T1 è la nuova temperatura.
Variazioni di volume per i gas
Le particelle in un gas hanno più libertà di movimento rispetto a quelle in un liquido. Secondo la legge dei gas ideali, la pressione (P) e il volume (V) di un gas sono reciprocamente dipendenti dalla temperatura (T) e dal numero di moli di gas presenti (n). L'equazione dei gas perfetti è:
PV=nRT
dove R è una costante nota come costante dei gas ideali. In unità SI (metriche), il valore di questa costante è 8,314 joule per mole Kelvin.
La pressione è costante: Riorganizzando questa equazione per isolare il volume, ottieni:
V=\frac{nRT}{P}
e se mantieni la pressione e il numero di moli costanti, hai una relazione diretta tra volume e temperatura:
\Delta V = \frac{nR\Delta T}{P}
dove ∆V è la variazione di volume e ∆T è la variazione di temperatura. Se parti da una temperatura iniziale T0 e pressione V0 e vuoi conoscere il volume ad una nuova temperatura T1 l'equazione diventa:
V_1=\frac{nR(T_1-T_0)}{P}+V_0
La temperatura è costante: Se mantieni la temperatura costante e permetti alla pressione di cambiare, questa equazione ti dà una relazione diretta tra volume e pressione:
V_1=\frac{nRT}{P_1-P_0}+V_0
Si noti che il volume è maggiore se T1 è maggiore di T0 ma minore se P1 è maggiore di P0.
La pressione e la temperatura variano entrambe: Quando variano sia la temperatura che la pressione, l'equazione diventa:
V_1=\frac{nR(T_1-T_0)}{P_1-P_0}+V_0
Inserire i valori per la temperatura e la pressione iniziale e finale e il valore per il volume iniziale per trovare il nuovo volume.