Den specifika volymen är en karakteristisk intensiv egenskap hos varje element eller material. Det definieras matematiskt som förhållandet mellan volymen som upptas av en viss mängd materia (ett kilogram eller ett gram); med andra ord, det är det ömsesidiga av tätheten.
Densiteten anger hur mycket 1 ml material som väger (flytande, fast, gasformig eller en homogen eller heterogen blandning), medan den specifika volymen avser volymen som upptar 1 g (eller 1 kg) av den. Genom att känna till ämnets densitet räcker det att beräkna det ömsesidiga för att bestämma dess specifika volym.
Vad hänvisar ordet "specifikt" till? När någon egenskap sägs vara specifik, betyder det att den uttrycks som en funktion av massan, vilket tillåter dess omvandling från en omfattande egenskap (som beror på massa) till en intensiv (kontinuerlig vid alla punkter i systemet).
Enheterna i vilka den specifika volymen normalt uttrycks är (m 3 / Kg) eller (cm 3 / g). Även om denna egenskap inte beror på massa beror den dock på andra variabler, såsom temperaturen eller trycket som inträffar på ämnet. Detta gör att ett gram ämne upptar mer volym vid högre temperaturer.
Av vattnet
I den första bilden kan du se en droppe vatten som håller på att blandas med vätskans yta. Eftersom det naturligtvis är ett ämne upptar massan volym som alla andra. Denna makroskopiska volym är en produkt av volymen och interaktionen mellan dess molekyler.
Vattenmolekylen har den kemiska formeln H 2 O, med en molekylvikt på ca 18 g / mol. Densiteterna som den presenterar beror också på temperatur, och vid en makroskala anses distributionen av dess molekyler vara så homogen som möjligt.
Med densitetsvärdena ρ vid en temperatur T räcker det att använda följande formel för att beräkna den specifika volymen flytande vatten:
v = (1 / ρ)
Det beräknas genom att experimentellt bestämma vattentätheten med hjälp av en pyknometer och sedan utföra den matematiska beräkningen. Eftersom molekylerna i varje substans skiljer sig från varandra, kommer också den resulterande specifika volymen att bli.
Om vattentätheten över ett brett temperaturintervall är 0,997 kg / m 3 är dess specifika volym 1,003 m 3 / kg.
Från luften
Luft är en homogen gasformig blandning som huvudsakligen består av kväve (78%) följt av syre (21%) och slutligen av andra gaser i jordens atmosfär. Dess täthet är ett makroskopiskt uttryck för all den blandningen av molekyler, som inte interagerar effektivt och sprider sig i alla riktningar.
Eftersom ämnet antas vara kontinuerligt, ändrar det inte i en behållare dess sammansättning. Genom att mäta densiteten vid de beskrivna förhållandena för temperatur och tryck kan man bestämma vilken volym 1 g luft som upptar.
Eftersom den specifika volymen är 1 / ρ, och dess ρ är mindre än för vatten, är dess specifika volym större.
Förklaringen till detta faktum är baserad på molekylära interaktioner mellan vatten och luft; det senare kondenserar inte ens när det gäller fuktighet såvida det inte utsätts för mycket kalla temperaturer och höga tryck.
Från ånga
Under samma förhållanden kommer ett gram ånga att uppta en volym som är större än för ett gram luft? Luft är tätare än vatten i gasfasen, eftersom det är en blandning av gaser som nämns ovan, till skillnad från vattenmolekyler.
Eftersom specifik volym är det inverse av densiteten, upptar ett gram ånga mer volym (det är mindre tätt) än ett gram luft.
De fysiska egenskaperna hos ånga som vätska är väsentliga i många industriella processer: inuti värmeväxlare för att öka fuktigheten, bland annat rena maskiner.
Det finns många variabler att ta hänsyn till när man hanterar stora mängder ånga inom industrier, särskilt när det gäller mekanismerna för vätskor.
Kväve
Liksom övriga gaser beror dess densitet avsevärt på tryck (till skillnad från fasta ämnen och vätskor) och på temperaturen. Således varierar värdena för dess specifika volym beroende på dessa variabler. Därför behovet av att bestämma dess specifika volym för att uttrycka systemet i termer av intensiva egenskaper.
Utan experimentella värden, genom molekylär resonemang, är det svårt att jämföra kvävedensiteten med andra gaser. Kvävmolekylen är linjär (N≡N) och vattenmängden är vinklad.
Eftersom en "linje" upptar mindre volym än en "boomerang", kan kväve förväntas bli tätare än vatten genom definitionen av densitet (m / V). Med användning av en densitet av 1.2506 Kg / m 3 är den specifika volymen vid de förhållanden vid vilka detta värde mättes 0,7996 m 3 / Kg; det är helt enkelt det ömsesidiga (1 / ρ).
Av den ideala gasen
Den ideala gasen är en som följer ekvationen:
P = nRT / V
Det kan ses att ekvationen inte beaktar någon variabel såsom molekylstruktur eller volym; det beaktar inte heller hur gasmolekyler interagerar med varandra i ett utrymme definierat av systemet.
I ett begränsat intervall av temperaturer och tryck "uppträder" alla gaser på samma sätt; av detta skäl är det till viss del giltigt att anta att de följer den ideala gasekvationen. Från denna ekvation kan således flera gasegenskaper bestämmas, inklusive den specifika volymen.
För att lösa det är det nödvändigt att uttrycka ekvationen i termer av densitetsvariablerna: massa och volym. Molerna representeras av n, och dessa är resultatet av att dela gasens massa med dess molekylmassa (m / M).
Med den variabla massan m i ekvationen, om den är dividerad med volymen, kan densiteten erhållas; Härifrån räcker det att rensa densiteten och sedan "vända" båda sidorna av ekvationen. Genom att göra detta bestäms slutligen den specifika volymen.
Bilden nedan illustrerar vart och ett av stegen för att komma fram till det slutliga uttrycket för den specifika volymen för en ideal gas.
referenser
- Wikipedia. (2018). Specifik volym. Hämtad från: en.wikipedia.org
- Study.com. (21 augusti 2017). Vad är specifik volym? - Definition, formler och enheter tagna från: study.com
- POTT. (5 maj 2015). Specifik volym. Hämtad från grc.nasa.gov
- Michael J. Moran & Howard N. Shapiro. (2004). Grundläggande för teknisk termodynamik. (2: a upplagan). Redaktör Reverté, sida 13.
- Enhet 1: Termodynamikbegrepp. . Hämtad från 4.tecnun.es
- TLV. (2018). Huvudsakliga applikationer för Steam. Hämtad från: tlv.com