В обема специфичен е характерно интензивно собственост на всеки елемент или материал. Определя се математически като връзката между обема, зает от определено количество материя (килограм или грам); с други думи, тя е реципрочна на плътността.
Плътността показва колко тежи 1 mL материя (течна, твърда, газообразна или хомогенна или хетерогенна смес), докато специфичният обем се отнася до обема, който заема 1 g (или 1 kg) от нея. По този начин, знаейки плътността на дадено вещество, достатъчно е да се изчисли реципрочността, за да се определи неговият специфичен обем.
За какво се отнася думата "конкретен"? Когато се каже, че дадено свойство е специфично, това означава, че то се изразява като функция на маса, което позволява неговото превръщане от обширно свойство (което зависи от масата) в интензивно (непрекъснато във всички точки на системата).
Единиците, в които обикновено се изразява специфичният обем, са (m 3 / Kg) или (cm 3 / g). Въпреки това, въпреки че това свойство не зависи от масата, то зависи и от други променливи, като например температурата или налягането върху веществото. Това кара един грам вещество да заема повече обем при по-високи температури.
От водата
Първото изображение показва капка вода, която ще се смеси с повърхността на течността. Тъй като е естествено вещество, неговата маса заема обем като всяко друго. Този макроскопски обем е продукт на обема и взаимодействията на неговите молекули.
Молекулата на вода има химическата формула H 2 O, с молекулна маса от около 18 грама / мол. Плътностите, които представя, също зависят от температурата, а при макро скала разпределението на неговите молекули се счита за възможно най-хомогенно.
Със стойностите на плътност ρ при температура Т, за да се изчисли специфичният обем на течната вода, е достатъчно да се приложи следната формула:
v = (1 / ρ)
Изчислява се чрез експериментално определяне на плътността на водата с помощта на пикнометър и след това извършване на математическото изчисление. Тъй като молекулите на всяко вещество са различни една от друга, такъв ще бъде и специфичният обем.
Ако плътността на водата в широк температурен диапазон е 0,997 kg / m 3, нейният специфичен обем е 1,003 m 3 / kg.
От въздух
Въздухът е хомогенна газообразна смес, съставена главно от азот (78%), последван от кислород (21%) и накрая от други газове в земната атмосфера. Плътността му е макроскопски израз на цялата тази смес от молекули, които не взаимодействат ефективно и се разпространяват във всички посоки.
Тъй като веществото се приема за непрекъснато, разпространението му в контейнер не променя състава му. Отново, измервайки плътността при описаните условия на температура и налягане, може да се определи какъв обем заема 1 g въздух.
Тъй като специфичният обем е 1 / ρ, а ρ е по-малък от този на водата, тогава неговият специфичен обем е по-голям.
Обяснението на този факт се основава на молекулните взаимодействия на водата спрямо въздуха; последният, дори и при влажност, не се кондензира, освен ако не е подложен на много студени температури и високо налягане.
От пара
При същите условия дали грам пара ще заеме обем, по-голям от този на грам въздух? Въздухът е по-плътен от водата в газообразната фаза, защото това е смес от газове, споменати по-горе, за разлика от водните молекули.
Тъй като специфичният обем е обратната плътност, грам пара заема повече обем (той е по-малко плътен) от грам въздух.
Физическите свойства на парата като течност са от съществено значение при много промишлени процеси: вътре в топлообменниците, за повишаване на влажността, почистване на машините и др.
Има много променливи, които трябва да се вземат предвид при работа с големи количества пара в промишлеността, особено що се отнася до механиката на течностите.
азот
Подобно на останалите газове, плътността му зависи значително от налягането (за разлика от твърдите вещества и течности) и от температурата. По този начин стойностите за неговия специфичен обем варират в зависимост от тези променливи. Оттук е необходимо да се определи нейният специфичен обем, за да се изрази системата по отношение на интензивни свойства.
Без експериментални стойности чрез молекулни разсъждения е трудно да се сравни плътността на азота с тази на други газове. Азотната молекула е линейна (N≡N), а тази на водата е ъглова.
Тъй като "линия" заема по-малък обем от "бумеранг", тогава азотът може да се очаква да бъде по-плътен от водата по дефиницията на плътност (m / V). Използвайки плътност 1.2506 Kg / m 3, специфичният обем при условията, при които е измерена тази стойност, е 0.7996 m 3 / Kg; той е просто реципрочен (1 / ρ).
От идеалния газ
Идеалният газ е този, който се подчинява на уравнението:
P = nRT / V
Вижда се, че уравнението не взема предвид никаква променлива като молекулна структура или обем; също така не разглежда как газовите молекули си взаимодействат помежду си в пространство, определено от системата.
При ограничен диапазон от температури и налягания всички газове „се държат“ еднакво; по тази причина до известна степен е валидно да се приеме, че те се подчиняват на уравнението на идеалния газ. По този начин от това уравнение могат да се определят няколко свойства на газовете, включително специфичния обем.
За да се реши, е необходимо уравнението да се изрази по отношение на променливите на плътността: маса и обем. Молите са представени с n и те са резултат от разделянето на масата на газа на неговата молекулна маса (m / M).
Като вземем променливата маса m в уравнението, ако тя е разделена на обема, може да се получи плътността; От тук е достатъчно да изчистите плътността и след това да „обърнете“ и двете страни на уравнението. По този начин се определя окончателно конкретният обем.
Изображението по-долу илюстрира всяка от стъпките за достигане до крайния израз на специфичния обем на идеалния газ.
Препратки
- Wikipedia. (2018). Специфичен обем. Взета от: en.wikipedia.org
- Study.com. (21 август 2017 г.). Какво е специфичен обем? - Определение, формула и единици, взети от: study.com
- POT. (5 май 2015 г.). Специфичен обем. Взета от: grc.nasa.gov
- Майкъл Дж. Моран и Хауърд Н. Шапиро. (2004 г.). Основи на техническата термодинамика. (2-ро издание). Редакторско издание, страница 13.
- Блок 1: Понятия за термодинамика., Взето от: 4.tecnun.es
- TLV. (2018). Основни приложения за Steam. Взета от: tlv.com