tilavuusmuutoksen

Tilavuusmuutos tarkoittaa tilavuuden eroa alkuperäiseen tilavuuteen, kun termodynaamiset olosuhteet, kuten lämpötila tai paine, muuttuvat. Ilmiö on keskeinen monissa fysikaalisissa ja teknisissä järjestelmissä ja sitä voidaan kuvata sekä tilavuuslaajenemisen että tilavuuskompression kautta.

Lämpölaajeneminen tapahtuu, kun aineeseen vaikuttaa lämpötilan kasvu pitämällä paineen käytännössä vakiona. Pienen muutoksen voi ilmentää kaava ΔV ≈ V0 α ΔT, missä α on tilavuuslaajenemiskerroin ja mittayksikkö on 1/K. α riippuu aineesta sekä sen tilasta; kiinteillä aineilla se on usein 10^-5–10^-6 /K, nesteillä hieman suurempi ja kaasulla tilavuus voi muuttua huomattavasti käytännössä.

Paineen muutokset vaikuttavat tilavuuteen samalla periaatteella negatiivisesti: tilavuus pienenee paineen noustessa. Isotermaalisessa (tai isopaineisessa) tapauksessa tilavuuden herkkyyttä kuvaa isothermal compressibility κ_T = −(1/V)(∂V/∂P)_T, ja tilavuus muuttuu ΔV ≈ −V0 κ_T ΔP. κ_T on aineen ominaisuus ja vaihtelee suuresti aineesta riippuen.

Esimerkkejä: ideaali kaasu noudattaa PV = nRT, joten tilavuus kasvaa lämpötilan noustessa tai paineen laskettaessa tietyissä oloissa; kiinteillä ja nesteillä tilavuus muuttuu paljon pienemmin ja yleensä lievästi lämpötilan funktiona.

Tilavuusmuutoksia arvioidaan laitteissa, kuten putkistojärjestelmissä, säiliöissä sekä rakennteissa, joissa lämmön- ja painevaihtelut vaikuttavat rakenteiden tilavuuteen ja toimintaan.