Av de tre tillståndstillstånden genomgår gaser de största volymförändringarna med förändrade temperatur- och tryckförhållanden, men vätskor genomgår också förändringar. Vätskor reagerar inte på tryckförändringar, men de kan reagera på temperaturförändringar, beroende på deras sammansättning. För att beräkna volymförändringen för en vätska i förhållande till temperaturen måste du veta dess volymetriska expansionskoefficient. Å andra sidan expanderar gaser och dras ihop mer eller mindre i enlighet med den ideala gaslagen och volymförändringen är inte beroende av dess sammansättning.
TL; DR (för lång; Läste inte)
Beräkna volymförändring av en vätska med förändrad temperatur genom att leta upp dess expansionskoefficient (β) och använda ekvationen. Både temperaturen och trycket på en gas är beroende av temperaturen, så använd den ideala gaslagen för att beräkna volymförändringen.
Volymförändringar för vätskor
När du tillför värme till en vätska ökar du kinetisk och vibrationsenergi hos partiklarna som innehåller den. Som ett resultat ökar de sitt rörelseområde inom gränserna för de krafter som håller dem ihop som en vätska. Dessa krafter beror på styrkan hos bindningarna som håller samman molekyler och binder molekyler till varandra och är olika för varje vätska. Koefficienten för volymetrisk expansion - vanligtvis betecknad med små bokstäver grekiska beta (β
) --är ett mått på mängden en viss vätska expanderar per temperaturförändringsgrad. Du kan slå upp den här mängden för en viss vätska i en tabell.När du väl känner till expansionskoefficienten (β)för vätskan i fråga, beräkna volymförändringen med formeln:
\ Delta V = V_0 \ beta (T_1-T_0)
där ∆V är temperaturförändringen, V0 och t0 är den initiala volymen och temperaturen och T1 är den nya temperaturen.
Volymändringar för gaser
Partiklar i en gas har större rörelsefrihet än i en vätska. Enligt den ideala gaslagen är gasens tryck (P) och volym (V) ömsesidigt beroende av temperaturen (T) och antalet närvarande gasmol (n). Den ideala gasekvationen är:
PV = nRT
där R är en konstant känd som den ideala gaskonstanten. I SI (metriska) enheter är värdet på denna konstant 8,314 joule per mol Kelvin.
Trycket är konstant: Omorganisera denna ekvation för att isolera volymen får du:
V = \ frac {nRT} {P}
och om du håller trycket och antalet mol konstanta har du ett direkt samband mellan volym och temperatur:
\ Delta V = \ frac {nR \ Delta T} {P}
där ∆V är volymförändring och ∆T är temperaturförändring. Om du börjar från en initial temperatur T0 och tryck V0 och vill veta volymen vid en ny temperatur T1 ekvationen blir:
V_1 = \ frac {nR (T_1-T_0)} {P} + V_0
Temperaturen är konstant: Om du håller temperaturen konstant och låter trycket förändras ger denna ekvation ett direkt samband mellan volym och tryck:
V_1 = \ frac {nRT} {P_1-P_0} + V_0
Observera att volymen är större om T1 är större än T0 men mindre om P1 är större än P0.
Både tryck och temperatur varierar: När både temperatur och tryck varierar blir ekvationen:
V_1 = \ frac {nR (T_1-T_0)} {P_1-P_0} + V_0
Anslut värdena för initial och slutlig temperatur och tryck och värdet för initial volym för att hitta den nya volymen.