Änderungsvolumen

Änderungsvolumen bezeichnet in der Physik und Technik die Veränderung des Rauminhalts eines Körpers oder Systems, die durch Änderungen von Temperatur, Druck, Phasenwechsel oder chemischer Zusammensetzung entsteht. Es wird üblicherweise als ΔV definiert, wobei ΔV = V_final − V_initial gilt. Die Größe kann positiv (Ausdehnung) oder negativ (Verkürzung) sein und ist eine zentrale Größe bei der Bestimmung von Arbeit, die ein System mit seiner Umgebung austauscht.

In der Thermodynamik spielt die Änderungsvolumen eine Rolle bei der Arbeit, die ein System verrichtet oder die an ein System verrichtet wird: W = ∫ p dV für quasi-statische Prozesse. Die relative Änderung wird als volumetrische Dehnung ε_v = ΔV / V_0 angegeben. Größen wie die Kompressibilität κ = - (1/V)(∂V/∂P)_T oder das Bulk-Modul B beschreiben, wie empfindlich das Volumen gegenüber Druck- und Temperaturänderungen ist.

Ursachen der Änderungsvolumen sind Wärmezufuhr (thermische Ausdehnung), Druckänderungen, Phasenwechsel (z. B. Fest zu Flüssig oder Flüssig zu Gas), chemische Reaktionen sowie Wasseraufnahme oder Quell- bzw. Schwundprozesse bei Baustoffen. Bei Gasen können Temperatur- und Druckänderungen zu großen ΔV führen (Ideales Gasgesetz). Bei Feststoffen sind Volumenänderungen durch Wärmeausdehnung oder mechanische Belastung oft kleiner, aber von technischer Bedeutung.

Beispiele: Luft in einem Ballon dehnt sich bei Erwärmung; Eis kann beim Schmelzen sein Volumen verändern; in der Geotechnik beschreibt Änderungsvolumen die Volumenveränderung von Boden unter Last.