Van de drie toestanden van materie ondergaan gassen de grootste volumeveranderingen bij veranderende temperatuur- en drukomstandigheden, maar vloeistoffen ondergaan ook veranderingen. Vloeistoffen reageren niet op drukveranderingen, maar kunnen wel reageren op temperatuurveranderingen, afhankelijk van hun samenstelling. Om de volumeverandering van een vloeistof ten opzichte van de temperatuur te berekenen, moet u de volumetrische uitzettingscoëfficiënt kennen. Gassen daarentegen zetten allemaal uit en krimpen min of meer in overeenstemming met de ideale gaswet, en de volumeverandering is niet afhankelijk van de samenstelling.
TL; DR (te lang; niet gelezen)
Bereken de volumeverandering van een vloeistof met veranderende temperatuur door de uitzettingscoëfficiënt (β) op te zoeken en de vergelijking te gebruiken. Zowel de temperatuur als de druk van een gas zijn afhankelijk van de temperatuur, dus gebruik de ideale gaswet om de volumeverandering te berekenen.
Volumewijzigingen voor vloeistoffen
Wanneer u warmte toevoegt aan een vloeistof, verhoogt u de kinetische en trillingsenergie van de deeltjes waaruit deze bestaat. Als gevolg hiervan vergroten ze hun bewegingsbereik binnen de grenzen van de krachten die ze als vloeistof bij elkaar houden. Deze krachten zijn afhankelijk van de sterkte van de bindingen die moleculen bij elkaar houden en moleculen aan elkaar binden, en zijn voor elke vloeistof verschillend. De volumetrische uitzettingscoëfficiënt - meestal aangeduid met de kleine Griekse letter beta (β) --is een maat voor de hoeveelheid die een bepaalde vloeistof uitzet per graad temperatuurverandering. U kunt deze hoeveelheid voor een bepaalde vloeistof opzoeken in een tabel.
Als je eenmaal de uitzettingscoëfficiënt (β)bereken voor de vloeistof in kwestie de volumeverandering met behulp van de formule:
\Delta V = V_0\beta (T_1-T_0)
waarbij ∆V de verandering in temperatuur is, V0 en T0 zijn het initiële volume en de temperatuur en T1 is de nieuwe temperatuur.
Volumeveranderingen voor gassen
Deeltjes in een gas hebben meer bewegingsvrijheid dan in een vloeistof. Volgens de ideale gaswet zijn de druk (P) en het volume (V) van een gas onderling afhankelijk van de temperatuur (T) en het aantal mol aanwezig gas (n). De ideale gasvergelijking is:
PV=nRT
waarbij R een constante is die bekend staat als de ideale gasconstante. In SI (metrische) eenheden is de waarde van deze constante 8,314 joule per mol Kelvin.
Druk is constant: Als u deze vergelijking herschikt om het volume te isoleren, krijgt u:
V=\frac{nRT}{P}
en als je de druk en het aantal mol constant houdt, heb je een directe relatie tussen volume en temperatuur:
\Delta V = \frac{nR\Delta T}{P}
waarbij AV verandering in volume is en ∆T verandering in temperatuur is. Als u uitgaat van een begintemperatuur T0 en druk V0 en het volume bij een nieuwe temperatuur T. wilt weten1 de vergelijking wordt:
V_1=\frac{nR(T_1-T_0)}{P}+V_0
Temperatuur is constant: Als u de temperatuur constant houdt en de druk laat veranderen, geeft deze vergelijking u een directe relatie tussen volume en druk:
V_1=\frac{nRT}{P_1-P_0}+V_0
Merk op dat het volume groter is als T1 is groter dan T0 maar kleiner als P1 is groter dan P0.
Druk en temperatuur variëren beide: Wanneer zowel temperatuur als druk variëren, wordt de vergelijking:
V_1=\frac{nR(T_1-T_0)}{P_1-P_0}+V_0
Vul de waarden in voor de begin- en eindtemperatuur en druk en de waarde voor het beginvolume om het nieuwe volume te vinden.