Cómo calcular el cambio de volumen

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Actualizado el 06 de diciembre de 2020

Por Chris Deziel

De los tres estados de la materia, los gases experimentan los mayores cambios de volumen con las condiciones cambiantes de temperatura y presión, pero los líquidos también sufren cambios. Los líquidos no responden a los cambios de presión, pero pueden responder a los cambios de temperatura, según su composición. Para calcular el cambio de volumen de un líquido con respecto a la temperatura, es necesario conocer su coeficiente de expansión volumétrica. Los gases, por otro lado, se expanden y contraen más o menos de acuerdo con la ley de los gases ideales, y el cambio de volumen no depende de su composición.

TL; DR (Demasiado largo; No leído)

Calcule el cambio de volumen de un líquido con el cambio de temperatura buscando su coeficiente de expansión (β) y usando la ecuación. Tanto la temperatura como la presión de un gas dependen de la temperatura, por lo que para calcular el cambio de volumen, utilice la ley de los gases ideales.

Cambios de volumen para líquidos

Cuando agrega calor a un líquido, aumenta la energía cinética y vibratoria de las partículas que lo componen. Como resultado, aumentan su rango de movimiento dentro de los límites de las fuerzas que los mantienen unidos como un líquido. Estas fuerzas dependen de la fuerza de los enlaces que mantienen unidas las moléculas y unen las moléculas entre sí, y son diferentes para cada líquido. El coeficiente de expansión volumétrica, generalmente indicado por la letra griega minúscula beta (β​) —es una medida de la cantidad que un líquido en particular se expande por grado de cambio de temperatura. Puede buscar esta cantidad para cualquier líquido en particular en una tabla.

Una vez que conoces el coeficiente de expansión (β​)Para el líquido en cuestión, calcule el cambio de volumen usando la fórmula:

\Delta V = V_0\beta (T_1-T_0)

donde ∆V es el cambio de temperatura, V0 y T0 son el volumen inicial y la temperatura y T1 es la nueva temperatura.

Cambios de volumen para gases

Las partículas en un gas tienen más libertad de movimiento que en un líquido. Según la ley de los gases ideales, la presión (P) y el volumen (V) de un gas dependen mutuamente de la temperatura (T) y del número de moles de gas presentes (n). La ecuación de los gases ideales es:

PV=nRT

donde R es una constante conocida como la constante de los gases ideales. En unidades SI (métricas), el valor de esta constante es 8,314 julios por mol Kelvin.

La presión es constante​: Reorganizando esta ecuación para aislar el volumen, obtienes:

V=\frac{nRT}{P}

y si mantiene constante la presión y el número de moles, tiene una relación directa entre el volumen y la temperatura:

\Delta V = \frac{nR\Delta T}{P}

donde ∆V es el cambio de volumen y ∆T es el cambio de temperatura. Si se parte de una temperatura inicial T0 y presión V0 y quiero saber el volumen a una nueva temperatura T1 la ecuación se convierte en:

V_1=\frac{nR(T_1-T_0)}{P}+V_0

La temperatura es constante​: Si mantienes la temperatura constante y permites que la presión cambie, esta ecuación te da una relación directa entre el volumen y la presión:

V_1=\frac{nRT}{P_1-P_0}+V_0

Observe que el volumen es mayor si T1 es mayor que T0 pero menor si P1 es mayor que p0.

La presión y la temperatura varían​: Cuando tanto la temperatura como la presión varían, la ecuación se convierte en:

V_1=\frac{nR(T_1-T_0)}{P_1-P_0}+V_0

Introduce los valores de temperatura y presión inicial y final y el valor del volumen inicial para encontrar el nuevo volumen.

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