תוֹכֶן
מבין שלושת מצבי החומר, גזים עוברים את שינויי הנפח הגדולים ביותר בתנאי טמפרטורה ולחץ משתנים, אך נוזלים עוברים גם הם שינויים. נוזלים אינם מגיבים לשינויי לחץ, אך הם יכולים להיות מגיבים לשינויי טמפרטורה, תלוי בהרכבם. כדי לחשב את שינוי הנפח של נוזל ביחס לטמפרטורה, עליכם לדעת את מקדם ההתפשטות הנפח שלו. גזים לעומת זאת כולם מתרחבים ומתכווצים פחות או יותר בהתאם לחוק הגז האידיאלי, ושינוי הנפח אינו תלוי בהרכבו.
TL; DR (יותר מדי זמן; לא קרא)
חישוב שינוי נפח של נוזל עם שינוי טמפרטורה על ידי חיפוש מקדם ההתפשטות שלו (β) ושימוש במשוואה ∆V = V0 x β * ∆T. גם הטמפרטורה וגם הלחץ של גז תלויים בטמפרטורה, לכן כדי לחשב שינוי נפח, השתמש בחוק הגז האידיאלי: PV = nRT.
שינויי נפח לנוזלים
כשמוסיפים חום לנוזל, מגדילים את האנרגיה הקינטית והרטטת של החלקיקים המרכיבים אותו. כתוצאה מכך הם מגדילים את טווח התנועה שלהם בגבולות הכוחות המחזיקים אותם יחד כנוזל. כוחות אלה תלויים בחוזק הקשרים המחזיקים מולקולות יחד ומחברים מולקולות זה לזה, והם שונים לכל נוזל. מקדם ההתפשטות הנפח - המוצג בדרך כלל על ידי האות היוונית הקטנה בטא (β_) --_ הוא מדד לכמות שנוזל מסוים מרחיב לכל דרגה של שינוי טמפרטורה. אתה יכול לחפש כמות זו עבור כל נוזל מסוים בטבלה.
ברגע שאתה יודע את מקדם ההתפשטות (β _) _ עבור הנוזל המדובר, חשב את השינוי בנפח באמצעות הנוסחה:
∆V = V0 • β * (ת1 - ט0)
כאשר ∆V הוא שינוי הטמפרטורה, V0 ו- T0 הם הנפח והטמפרטורה הראשוניים ו- T1 היא הטמפרטורה החדשה.
שינויי עוצמת קול עבור גזים
לחלקיקים בגז יש חופש תנועה גדול יותר מאשר בנוזל. על פי חוק הגז האידיאלי, הלחץ (P) והנפח (V) של גז תלויים זה בזה בטמפרטורה (T) ובמספר השומות של הגז הנוכחי (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'ול ÷ מול - מעלות K.
הלחץ הוא קבוע: סידור מחדש של משוואה זו לבידוד נפח, תקבל: V = nRT ÷ P, ואם אתה שומר על לחץ ומספר שומות קבועים, יש לך קשר ישיר בין נפח וטמפרטורה: ∆V = nR∆T ÷ P, כאשר ∆V הוא שינוי בנפח ו- ∆T הוא שינוי בטמפרטורה. אם תתחיל מטמפרטורה ראשונית T0 ולחץ V0 ורוצים לדעת את הנפח בטמפרטורה חדשה T1 המשוואה הופכת:
V1 = + V0
הטמפרטורה קבועה: אם אתה שומר על הטמפרטורה קבועה ומאפשרת לחץ להשתנות, משוואה זו נותנת לך קשר ישיר בין נפח ולחץ:
V1 = + V0
שימו לב שהנפח גדול יותר אם T1 גדול מ- T0 אבל קטן יותר אם P1 גדול יותר מ- P0.
לחץ וטמפרטורה משתנים: כאשר הטמפרטורה והלחץ משתנים, המשוואה הופכת להיות:
V1 = n • R • (T1 - ט0) ÷ (עמ '1 - ע0) + וי0
חבר את הערכים לטמפרטורה ולחץ ראשוניים וסופיים ואת הערך לנפח התחלתי כדי למצוא את הנפח החדש.