Inhoud
Van de drie materietoestanden ondergaan gassen de grootste volumeveranderingen met veranderende temperatuur- en drukomstandigheden, maar vloeistoffen ondergaan ook veranderingen. Vloeistoffen reageren niet op drukveranderingen, maar ze kunnen 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 weten. Gassen daarentegen expanderen 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 volumeverandering van een vloeistof met veranderende temperatuur door de uitzettingscoëfficiënt (β) op te zoeken en de vergelijking ∆V = V te gebruiken0 x β * ∆T. Zowel de temperatuur als de druk van een gas zijn afhankelijk van de temperatuur, dus om de volumeverandering te berekenen, gebruikt u de ideale gaswet: PV = nRT.
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 samenhouden als een vloeistof. Deze krachten zijn afhankelijk van de sterkte van de bindingen die moleculen bij elkaar houden en moleculen aan elkaar binden, en zijn verschillend voor elke vloeistof. De coëfficiënt van volumetrische expansie - meestal aangegeven door de kleine Griekse bèta (β_) - is een maat voor de hoeveelheid die een bepaalde vloeistof uitzet per graad van temperatuurverandering. U kunt deze hoeveelheid voor een bepaalde vloeistof in een tabel opzoeken.
Zodra u de uitzettingscoëfficiënt (β _) _ kent voor de vloeistof in kwestie, berekent u de volumeverandering met behulp van de formule:
∆V = V0 • β * (T1 - T0)
waarbij ∆V de temperatuurverandering is, V0 en T0 zijn het initiële volume en temperatuur en T1 is de nieuwe temperatuur.
Volumewijzigingen 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 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 joules ÷ mol - graad K.
Druk is constant: Door deze vergelijking opnieuw te rangschikken om het volume te isoleren, krijg je: V = nRT ÷ P, en als je de druk en het aantal mol constant houdt, heb je een directe relatie tussen volume en temperatuur: ∆V = nR∆T ÷ P, waarbij ∆V verandering in volume is en ∆T verandering in temperatuur is. Als u begint bij een begintemperatuur T0 en druk V0 en wil het volume weten bij een nieuwe temperatuur T1 de vergelijking wordt:
V1 = + V0
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:
V1 = + V0
Merk op dat het volume groter is als T1 is groter dan T0 maar kleiner als P1 is groter dan P0.
Zowel druk als temperatuur variëren: Wanneer zowel temperatuur als druk variëren, wordt de vergelijking:
V1 = n • R • (T1 - T0) ÷ (P1 - P0) + V0
Sluit de waarden voor de begin- en eindtemperatuur en -druk aan en de waarde voor het beginvolume om het nieuwe volume te vinden.