Objętość specyficzne jest charakterystyczny intensywny właściwość każdego elementu lub materiału. Jest definiowany matematycznie jako zależność między objętością zajmowaną przez określoną ilość materii (kilogram lub gram); innymi słowy, jest odwrotnością gęstości.
Gęstość wskazuje, ile waży 1 ml materii (ciekłej, stałej, gazowej lub jednorodnej lub niejednorodnej mieszaniny), podczas gdy objętość właściwa odnosi się do objętości, która zajmuje 1 g (lub 1 kg). Tak więc, znając gęstość substancji, wystarczy obliczyć odwrotność, aby określić jej objętość właściwą.
Do czego odnosi się słowo „konkretny”? Gdy o jakiejś właściwości mówi się, że jest specyficzna, oznacza to, że jest ona wyrażana jako funkcja masy, co pozwala na jej przekształcenie z właściwości ekstensywnej (zależnej od masy) na intensywną (ciągłą we wszystkich punktach układu).
Jednostki, w których zwykle wyraża się objętość właściwą, to (m 3 / kg) lub (cm 3 / g). Jednakże, chociaż ta właściwość nie zależy od masy, zależy od innych zmiennych, takich jak temperatura lub ciśnienie działające na substancję. Powoduje to, że jeden gram substancji zajmuje większą objętość w wyższych temperaturach.
Z wody
Na pierwszym zdjęciu widać kroplę wody, która ma się zmieszać z powierzchnią cieczy. Ponieważ jest to naturalna substancja, jej masa zajmuje objętość jak każda inna. Ta makroskopowa objętość jest iloczynem objętości i interakcji jej cząsteczek.
Cząsteczka wody ma wzór chemiczny H 2 O i masę cząsteczkową około 18 g / mol. Gęstości, które przedstawia, zależą również od temperatury, a w skali makro rozkład jego cząsteczek uważa się za możliwie najbardziej jednorodny.
Mając wartości gęstości ρ w temperaturze T, do obliczenia objętości właściwej wody w stanie ciekłym wystarczy zastosować następujący wzór:
v = (1 / ρ)
Oblicza się ją eksperymentalnie określając gęstość wody za pomocą piknometru, a następnie wykonując obliczenia matematyczne. Ponieważ cząsteczki każdej substancji różnią się od siebie, tak samo będzie z uzyskaną objętością właściwą.
Jeżeli gęstość wody w szerokim zakresie temperatur wynosi 0,997 kg / m 3 , jej objętość właściwa wynosi 1,003 m 3 / kg.
Z powietrza
Powietrze jest jednorodną mieszaniną gazową, składającą się głównie z azotu (78%), następnie tlenu (21%) i wreszcie innych gazów w ziemskiej atmosferze. Jego gęstość jest makroskopową ekspresją całej tej mieszaniny cząsteczek, które nie oddziałują skutecznie i nie rozprzestrzeniają się we wszystkich kierunkach.
Ponieważ przyjmuje się, że substancja jest ciągła, jej rozprzestrzenianie się w pojemniku nie zmienia jej składu. Ponownie, mierząc gęstość w opisanych warunkach temperatury i ciśnienia, można określić, jaką objętość zajmuje 1 g powietrza.
Ponieważ objętość właściwa wynosi 1 / ρ, a jej ρ jest mniejsze od objętości wody, to jej objętość właściwa jest większa.
Wyjaśnienie tego faktu opiera się na oddziaływaniach molekularnych wody i powietrza; ta ostatnia, nawet w przypadku wilgoci, nie skrapla się, chyba że zostanie poddana działaniu bardzo niskich temperatur i wysokiego ciśnienia.
Z pary
Czy w tych samych warunkach gram pary zajmie objętość większą niż gram powietrza? Powietrze jest gęstsze od wody w fazie gazowej, ponieważ jest to mieszanina wyżej wymienionych gazów, w przeciwieństwie do cząsteczek wody.
Ponieważ objętość właściwa jest odwrotnością gęstości, gram pary zajmuje większą objętość (jest mniej gęsty) niż gram powietrza.
Fizyczne właściwości pary jako płynu są istotne w wielu procesach przemysłowych: między innymi wewnątrz wymienników ciepła, w celu zwiększenia wilgotności, czyszczenia maszyn.
Istnieje wiele zmiennych, które należy wziąć pod uwagę podczas obsługi dużych ilości pary w przemyśle, zwłaszcza w odniesieniu do mechaniki płynów.
Azot
Podobnie jak w przypadku pozostałych gazów, jego gęstość w znacznym stopniu zależy od ciśnienia (w przeciwieństwie do ciał stałych i cieczy) oraz temperatury. Zatem wartości jego objętości właściwej zmieniają się w zależności od tych zmiennych. Stąd potrzeba określenia jego objętości właściwej, aby wyrazić system w kategoriach właściwości intensywnych.
Bez wartości eksperymentalnych, poprzez rozumowanie molekularne, trudno jest porównać gęstość azotu z gęstością innych gazów. Cząsteczka azotu jest liniowa (N≡N), a woda jest kanciasta.
Ponieważ „linia” zajmuje mniejszą objętość niż „bumerang”, można oczekiwać, że azot będzie gęstszy od wody zgodnie z definicją gęstości (m / V). Stosując gęstość 1.2506 kg / m 3 , ilość specyficznych w warunkach, w których wartość ta mierzona jest 0,7996 m 3 / kg; jest to po prostu odwrotność (1 / ρ).
Idealnego gazu
Idealny gaz to taki, który spełnia równanie:
P = nRT / V
Można zauważyć, że równanie nie uwzględnia żadnej zmiennej, takiej jak struktura molekularna lub objętość; nie bierze też pod uwagę, jak cząsteczki gazu oddziałują ze sobą w przestrzeni określonej przez system.
W ograniczonym zakresie temperatur i ciśnień wszystkie gazy „zachowują się” tak samo; z tego powodu do pewnego stopnia można założyć, że są one zgodne z równaniem gazu doskonałego. Zatem na podstawie tego równania można określić kilka właściwości gazów, w tym objętość właściwą.
Aby go rozwiązać, konieczne jest wyrażenie równania za pomocą zmiennych gęstości: masy i objętości. Mole są reprezentowane przez n i są wynikiem podzielenia masy gazu przez jego masę cząsteczkową (m / M).
Biorąc w równaniu zmienną masę m, dzieląc ją przez objętość, można uzyskać gęstość; Stąd wystarczy wyczyścić gęstość, a następnie „odwrócić” obie strony równania. W ten sposób ostatecznie określa się konkretną objętość.
Poniższy obraz ilustruje każdy z kroków prowadzących do ostatecznego wyrażenia określonej objętości gazu doskonałego.
Bibliografia
- Wikipedia. (2018). Określona objętość. Zaczerpnięte z: en.wikipedia.org
- Study.com. (21 sierpnia 2017). Co to jest określona objętość? - Definicja, wzór i jednostki pobrane z: study.com
- GARNEK. (5 maja 2015). Określona objętość. Zaczerpnięte z: grc.nasa.gov
- Michael J. Moran i Howard N. Shapiro. (2004). Podstawy termodynamiki technicznej. (Wydanie 2). Wersja redakcyjna Reverté, strona 13.
- Część 1: Pojęcia termodynamiki. . Zaczerpnięte z: 4.tecnun.es
- TLV. (2018). Główne aplikacje dla Steam. Zaczerpnięte z: tlv.com