Det spesifikke volumet er en karakteristisk intensiv egenskap for hvert element eller materiale. Det er matematisk definert som forholdet mellom volumet som er okkupert av en viss mengde materie (kilo eller gram); med andre ord, det er gjensidigheten til tettheten.
Tettheten indikerer hvor mye 1 ml stoff som veier (flytende, fast, gassformig eller en homogen eller heterogen blanding), mens det spesifikke volumet refererer til volumet som 1 g (eller 1 kg) av den opptar. Når man kjenner til stoffets tetthet, er det nok å beregne det gjensidige for å bestemme dets spesifikke volum.
Hva viser ordet "spesifikk" til? Når en hvilken som helst egenskap sies å være spesifikk, betyr det at den uttrykkes som en funksjon av masse, som tillater dens transformasjon fra en omfattende egenskap (som er avhengig av masse) til en intensiv en (kontinuerlig på alle punkter i systemet).
Enhetene der det spesifikke volumet normalt er uttrykt, er (m 3 / Kg) eller (cm 3 / g). Selv om denne egenskapen ikke er avhengig av masse, avhenger den imidlertid av andre variabler, for eksempel temperaturen eller trykket som inntreffer på stoffet. Dette får ett gram stoff til å oppta mer volum ved høyere temperaturer.
Av vannet
I det første bildet kan du se en dråpe vann i ferd med å blande seg med overflaten av væsken. Fordi det naturlig er et stoff, opptar massen volum som alle andre. Dette makroskopiske volumet er et produkt av volumet og interaksjonen mellom molekylene.
Vannmolekylet har den kjemiske formel H 2 O, med en molekylvekt på ca. 18 g / mol. Tettheten den presenterer er også avhengig av temperatur, og ved en makroskala anses fordelingen av molekylene til å være så homogen som mulig.
Med tetthetsverdiene ρ ved en temperatur T er det tilstrekkelig å anvende følgende formel for å beregne det spesifikke volumet av flytende vann:
v = (1 / ρ)
Det beregnes ved å eksperimentelt bestemme tettheten til vannet ved hjelp av et pyknometer og deretter utføre den matematiske beregningen. Fordi molekylene til hvert stoff er forskjellige fra hverandre, vil det resulterende spesifikke volumet også være.
Hvis tettheten av vann over et bredt temperaturområde er 0,997 kg / m 3 , er dens spesifikke volum 1,003 m 3 / kg.
Fra luft
Luft er en homogen gassformig blanding, hovedsakelig sammensatt av nitrogen (78%), etterfulgt av oksygen (21%) og til slutt av andre gasser i jordens atmosfære. Dens densitet er et makroskopisk uttrykk for all den blandingen av molekyler, som ikke samvirker effektivt og forplanter seg i alle retninger.
Fordi stoffet antas å være kontinuerlig, endrer det ikke i dens beholder sammensetningen. Ved å måle tettheten ved de beskrevne betingelser for temperatur og trykk kan man igjen bestemme hvilket volum 1 g luft som opptar.
Siden det spesifikke volumet er 1 / ρ, og ρ er mindre enn det for vann, er det spesifikke volumet større.
Forklaringen på dette faktum er basert på molekylære interaksjoner mellom vann og luft; sistnevnte kondenseres ikke, selv når det er fuktighet, med mindre den blir utsatt for veldig kalde temperaturer og høye trykk.
Fra damp
Under samme forhold vil et gram damp oppta et volum som er større enn et gram luft? Luft er tettere enn vann i gassfasen, fordi det er en blanding av gasser som er nevnt ovenfor, i motsetning til vannmolekyler.
Siden spesifikt volum er det inverse av tetthet, opptar et gram damp mer volum (det er mindre tett) enn et gram luft.
De fysiske egenskapene til damp som væske er essensielle i mange industrielle prosesser: inne i varmevekslere, for å øke luftfuktigheten, blant annet rengjøre maskiner.
Det er mange variabler du må ta i betraktning når du håndterer store mengder damp i industrier, spesielt når det gjelder mekanikk av væsker.
nitrogen
Som resten av gassene, avhenger dens tetthet betydelig av trykk (i motsetning til faste stoffer og væsker) og på temperatur. Dermed varierer verdiene for dets spesifikke volum i henhold til disse variablene. Derav behovet for å bestemme det spesifikke volumet for å uttrykke systemet i form av intensive egenskaper.
Uten eksperimentelle verdier, gjennom molekylær resonnement, er det vanskelig å sammenligne nitrogenets tetthet med den for andre gasser. Nitrogenmolekylet er lineært (N≡N) og vannets er kantete.
Siden en "linje" opptar mindre volum enn en "boomerang", kan nitrogen forventes å være tettere enn vann ved definisjonen av tetthet (m / V). Ved å bruke en tetthet på 1.2506 Kg / m 3 , er det spesifikke volumet under betingelsene denne verdien ble målt 0,7996 m 3 / Kg; det er ganske enkelt det gjensidige (1 / ρ).
Av den ideelle gassen
Den ideelle gassen er den som adlyder ligningen:
P = nRT / V
Det kan sees at ligningen ikke tar hensyn til noen variabel som molekylstruktur eller volum; den tar heller ikke hensyn til hvordan gassmolekyler interagerer med hverandre i et rom som er definert av systemet.
I et begrenset utvalg av temperaturer og trykk "oppfører" seg alle gassene det samme; av denne grunn er det til en viss grad gyldig å anta at de overholder den ideelle gassligningen. Fra denne ligningen kan således flere gassegenskaper bestemmes, inkludert det spesifikke volumet.
For å løse den er det nødvendig å uttrykke ligningen med tanke på tetthetsvariablene: masse og volum. Molene er representert av n, og disse er resultatet av å dele massen til gassen med dens molekylmasse (m / M).
Ta den variable massen m i ligningen, hvis den er delt med volumet, kan tettheten oppnås; Herfra er det nok å fjerne tettheten og deretter "vende" begge sider av ligningen. Ved å gjøre dette bestemmes det spesifikke volumet.
Bildet nedenfor illustrerer hvert av trinnene for å komme frem til det endelige uttrykket av det spesifikke volumet til en ideell gass.
referanser
- Wikipedia. (2018). Spesifikt volum. Hentet fra: en.wikipedia.org
- Study.com. (21. august 2017). Hva er spesifikt volum? - Definisjon, formler og enheter hentet fra: study.com
- GRYTE. (5. mai 2015). Spesifikt volum. Hentet fra: grc.nasa.gov
- Michael J. Moran & Howard N. Shapiro. (2004). Grunnleggende om teknisk termodynamikk. (2. utgave). Redaksjonell Reverté, side 13.
- Enhet 1: Termodynamikkbegreper. . Hentet fra: 4.tecnun.es
- TLV. (2018). Hovedapplikasjoner for Steam. Hentet fra: tlv.com