Объемный удельный является характерным интенсивным свойством каждого элемента или материала. Математически это определяется как соотношение между объемом, занимаемым определенным количеством вещества (килограмм или грамм); другими словами, это величина, обратная плотности.
Плотность показывает, сколько весит 1 мл вещества (жидкого, твердого, газообразного или гомогенной или гетерогенной смеси), а удельный объем относится к объему, который занимает 1 г (или 1 кг) этого вещества. Таким образом, зная плотность вещества, достаточно вычислить обратную величину, чтобы определить его удельный объем.
Что означает слово «конкретный»? Когда говорят, что какое-либо свойство является специфическим, это означает, что оно выражается как функция массы, что позволяет ему трансформироваться из экстенсивного свойства (которое зависит от массы) в интенсивное (непрерывное во всех точках системы).
Единицами измерения, в которых обычно выражается удельный объем, являются (м 3 / кг) или (см 3 / г). Однако, хотя это свойство не зависит от массы, оно зависит от других переменных, таких как температура или давление, падающее на вещество. Это заставляет один грамм вещества занимать больший объем при более высоких температурах.
Воды
На первом изображении вы можете увидеть каплю воды, которая вот-вот смешается с поверхностью жидкости. Поскольку это по природе вещество, его масса занимает объем, как и любое другое. Этот макроскопический объем является продуктом объема и взаимодействий его молекул.
Молекула воды имеет химическую формулу H 2 O с молекулярной массой примерно 18 г / моль. Плотность, которую он представляет, также зависит от температуры, и на макроуровне распределение его молекул считается как можно более однородным.
Имея значения плотности ρ при температуре T, для расчета удельного объема жидкой воды достаточно применить следующую формулу:
v = (1 / ρ)
Он рассчитывается путем экспериментального определения плотности воды с помощью пикнометра и последующего математического расчета. Поскольку молекулы каждого вещества отличаются друг от друга, так будет полученный удельный объем.
Если плотность воды в широком диапазоне температур составляет 0,997 кг / м 3 , ее удельный объем составляет 1,003 м 3 / кг.
С воздуха
Воздух представляет собой гомогенную газовую смесь, состоящую в основном из азота (78%), затем кислорода (21%) и, наконец, других газов земной атмосферы. Его плотность - это макроскопическое выражение всей этой смеси молекул, которые не взаимодействуют эффективно и распространяются во всех направлениях.
Поскольку предполагается, что вещество является непрерывным, его распространение в контейнере не меняет его состава. Опять же, измеряя плотность при описанных условиях температуры и давления, можно определить, какой объем занимает 1 г воздуха.
Поскольку удельный объем равен 1 / ρ, а его ρ меньше, чем у воды, то его удельный объем больше.
Объяснение этого факта основано на молекулярном взаимодействии воды и воздуха; последний, даже в случае влажности, не конденсируется, если он не подвергается воздействию очень низких температур и высокого давления.
Из пара
При тех же условиях, будет ли грамм пара занимать объем больше, чем грамм воздуха? Воздух в газовой фазе плотнее воды, потому что это смесь газов, упомянутых выше, в отличие от молекул воды.
Поскольку удельный объем обратно пропорционален плотности, грамм пара занимает больший объем (он менее плотный), чем грамм воздуха.
Физические свойства пара как жидкости важны для многих промышленных процессов: в теплообменниках для повышения влажности, в чистом оборудовании и других.
При работе с большими объемами пара на промышленных предприятиях необходимо учитывать множество переменных, особенно в отношении механики жидкостей.
Азот
Как и у остальных газов, его плотность существенно зависит от давления (в отличие от твердых тел и жидкостей) и от температуры. Таким образом, значения его удельного объема меняются в зависимости от этих переменных. Отсюда необходимость определения ее удельного объема, чтобы выразить систему через интенсивные свойства.
Без экспериментальных значений, исходя из молекулярных соображений, трудно сравнить плотность азота с плотностью других газов. Молекула азота линейна (N≡N), а молекула воды - угловатая.
Поскольку «линия» занимает меньший объем, чем «бумеранг», то можно ожидать, что азот будет плотнее воды по определению плотности (м / об). При плотности 1,2506 кг / м 3 удельный объем в условиях, в которых было измерено это значение, составляет 0,7996 м 3 / кг; это просто обратная величина (1 / ρ).
Идеального газа
Идеальный газ - это газ, который подчиняется уравнению:
P = nRT / V
Можно видеть, что уравнение не учитывает никаких переменных, таких как молекулярная структура или объем; не учитывается и то, как молекулы газа взаимодействуют друг с другом в пространстве, определяемом системой.
В ограниченном диапазоне температур и давлений все газы «ведут себя» одинаково; по этой причине до некоторой степени справедливо предположить, что они подчиняются уравнению идеального газа. Таким образом, из этого уравнения можно определить несколько свойств газов, включая удельный объем.
Чтобы ее решить, необходимо выразить уравнение через переменные плотности: массу и объем. Моль обозначается буквой n, и они являются результатом деления массы газа на его молекулярную массу (м / м).
Взяв переменную массу m в уравнение, если ее разделить на объем, можно получить плотность; Отсюда достаточно очистить плотность, а затем «перевернуть» обе части уравнения. Таким образом, окончательно определяется удельный объем.
На изображении ниже показан каждый из этапов достижения окончательного выражения удельного объема идеального газа.
Ссылки
- Wikipedia. (2018). Удельный объем. Взято с: en.wikipedia.org
- Study.com. (21 августа 2017 г.). Что такое удельный объем? - Определение, формула и единицы измерения взяты с: study.com
- ГОРШОК. (5 мая 2015 г.). Удельный объем. Взято с: grc.nasa.gov
- Майкл Дж. Моран и Ховард Н. Шапиро. (2004). Основы технической термодинамики. (2-е издание). От редакции Reverté, стр. 13.
- Блок 1: Понятия термодинамики. . Взято с: 4.tecnun.es
- TLV. (2018). Основные приложения для Steam. Взято с: tlv.com