מבין שלושת מצבי החומר, הגזים עוברים את שינויי הנפח הגדולים ביותר בתנאי טמפרטורה ולחץ משתנים, אך גם נוזלים עוברים שינויים. נוזלים אינם מגיבים לשינויים בלחץ, אך הם יכולים להגיב לשינויי טמפרטורה, תלוי בהרכבם. כדי לחשב את שינוי הנפח של נוזל ביחס לטמפרטורה, עליך לדעת את מקדם התפשטות הנפח שלו. לעומת זאת גזים, כולם מתרחבים ומתכווצים פחות או יותר בהתאם לחוק הגז האידיאלי, ושינוי הנפח אינו תלוי בהרכבם.
TL; DR (ארוך מדי; לא קרא)
חשב את נפח השינוי של נוזל עם טמפרטורה משתנה על ידי חיפוש מקדם התפשטותו (β) ושימוש במשוואה. גם הטמפרטורה וגם הלחץ של גז תלויים בטמפרטורה, לכן כדי לחשב את שינוי הנפח השתמש בחוק הגז האידיאלי.
שינויי נפח לנוזלים
כשמוסיפים חום לנוזל, מגדילים את האנרגיה הקינטית והרטט של החלקיקים הכוללים אותו. כתוצאה מכך הם מגדילים את טווח התנועה שלהם בגבולות הכוחות המחזיקים אותם כנוזל. כוחות אלה תלויים בחוזק הקשרים המחזיקים מולקולות ומחברים מולקולות זה לזה, והם שונים לכל נוזל. מקדם התפשטות הנפח - מסומן בדרך כלל באות היוונית הקטנה בטא (β) --הוא מדד לכמות שנוזל מסוים מרחיב לפי דרגת שינוי טמפרטורה. אתה יכול לחפש כמות זו עבור כל נוזל מסוים בטבלה.
ברגע שאתה יודע את מקדם ההרחבה (β)עבור הנוזל המדובר, חישב את שינוי הנפח באמצעות הנוסחה:
\ דלתא V = V_0 \ ביתא (T_1-T_0)
כאשר ∆V הוא שינוי הטמפרטורה, V.0 ו- ת0 הם הנפח והטמפרטורה הראשוניים ו- T1 היא הטמפרטורה החדשה.
שינויי נפח לגזים
לחלקיקים בגז חופש תנועה גדול יותר מאשר לנוזל. על פי חוק הגז האידיאלי, הלחץ (P) והנפח (V) של גז תלויים זה בזה בטמפרטורה (T) ובמספר שומות הגז הנוכחיות (n). משוואת הגז האידיאלית היא:
PV = nRT
כאשר R הוא קבוע המכונה קבוע הגז האידיאלי. ביחידות SI (מטריות) הערך של קבוע זה הוא 8.314 ג'אול לשומה קלווין.
הלחץ קבוע: סידור מחדש של משוואה זו לבידוד עוצמת הקול, מקבל:
V = \ frac {nRT} {P}
ואם אתה שומר על לחץ ומספר שומות קבועים, יש לך קשר ישיר בין נפח לטמפרטורה:
\ דלתא V = \ frac {nR \ דלתא T} {P}
כאשר ∆ V הוא שינוי בנפח ו- ∆ T הוא שינוי בטמפרטורה. אם אתה מתחיל מטמפרטורה התחלתית T0 ולחץ V0 ורוצים לדעת את הנפח בטמפרטורה חדשה T1 המשוואה הופכת ל:
V_1 = \ frac {nR (T_1-T_0)} {P} + V_0
הטמפרטורה קבועה: אם אתה שומר על טמפרטורה קבועה ומאפשר שינוי בלחץ, משוואה זו נותנת לך קשר ישיר בין נפח ללחץ:
V_1 = \ frac {nRT} {P_1-P_0} + V_0
שימו לב שהנפח גדול יותר אם T1 גדול מ- T0 אבל קטן יותר אם P1 גדול מ- P0.
הלחץ והטמפרטורה שניהם משתנים: כאשר הטמפרטורה והלחץ משתנים, המשוואה הופכת ל:
V_1 = \ frac {nR (T_1-T_0)} {P_1-P_0} + V_0
חבר את הערכים לטמפרטורה ולחץ ראשוניים וסופיים ואת הערך לנפח התחלתי כדי למצוא את הנפח החדש.