Gasudvidelse

Gasudvidelse er processen, hvor en gas øger sin volumen som følge af ændringer i temperatur eller tryk, og hvor gassen ofte gør arbejde mod omgivelserne. I termodynamikken betegner udvidelse en ændring af tilstand, hvor volumen øges og trykket og/eller temperaturen ændrer sig. For ideelle gasser følger tilstandsligningen PV = nRT, og udvidelse beskrives gennem forholdene mellem tryk, volumen og temperatur.

Isothermal udvidelse forekommer ved konstant temperatur: når T holdes fast, falder trykket, som volumenet stiger, i overensstemmelse med P ∝ 1/V for en ideel gas. Isobarisk udvidelse forekommer ved konstant tryk, hvor varme tilsættes og temperaturen stiger, hvilket øger volumenet (V ∝ T ved konstant P). Ved adiabatisk udvidelse, hvor der ikke udveksles varme med omgivelserne, følger gasen PV^γ = konstant, og temperaturen falder, når volumenet vokser.

Det udførte arbejde af gasen på omgivelserne kan beregnes som W = ∫ P dV. Udvidelsesgraden afhænger af gasarten, varme-tilførsel og omgivelsestryk; højere temperaturer og lavere eksterne tryk fremmer større volumenudvidelse for en given gasmængde.

Real gasser afviger fra idealopfattelsen ved højt tryk eller lav temperatur. Tilstandsligninger som van der Waals’ ligning introducerer korrektioner via faktoren Z.

Anvendelser inkluderer motorer og pumper, varme- og kølesystemer, trykbeholdere og atmosfæriske fænomener, hvor gasudvidelse styrer tryk og volumen. Balloner og pneumatiske systemer udnytter principperne i gasudvidelse i praksis.