Volumen specifična je karakteristično svojstvo intenzivno svakog elementa ili materijala. Matematički se definira kao odnos između volumena koji zauzima određena količina materije (kilogram ili gram); drugim riječima, to je uzajamna gustoća.
Gustoća označava koliko teži 1 ml materije (tekuća, kruta, plinovita ili homogena ili heterogena smjesa), dok se specifični volumen odnosi na volumen koji zauzima 1 g (ili 1 kg). Stoga je, znajući gustoću neke tvari, dovoljno izračunati uzajamno da se utvrdi njezin specifični volumen.
Na što se odnosi riječ "specifično"? Kad se za neko svojstvo kaže da je specifično, to znači da je izraženo kao funkcija mase, što omogućava njegovu transformaciju iz opsežnog svojstva (koje ovisi o masi) u intenzivno (kontinuirano u svim točkama u sustavu).
Jedinice u kojima je specifičan volumen normalno izražen su (m 3 / Kg) ili (cm 3 / g). Međutim, iako ovo svojstvo ne ovisi o masi, ono ovisi o drugim varijablama, poput temperature ili pritiska na tvar. Zbog toga jedan gram tvari pri višim temperaturama zauzima više volumena.
Od vode
Na prvoj slici možete vidjeti kap vode koja će se miješati sa površinom tekućine. Budući da je prirodno tvar, njegova masa zauzima volumen kao i svaka druga. Taj makroskopski volumen je proizvod volumena i interakcija njegovih molekula.
Molekula vode ima kemijsku formulu H 2 O, s molekulskom masom od približno 18 g / mol. Gustoća koju predstavlja također ovisi o temperaturi, a pri makroskaliji se smatra da je raspodjela njegovih molekula što homogenija.
Sa vrijednostima gustoće ρ pri temperaturi T, za izračunavanje specifičnog volumena tekuće vode dovoljno je primijeniti sljedeću formulu:
v = (1 / ρ)
Izračunava se eksperimentalnim određivanjem gustoće vode pomoću piknometra, a zatim matematičkim proračunom. Kako se molekule svake tvari razlikuju jedna od druge, tako će nastati i specifični volumen.
Ako je gustoća vode u širokom temperaturnom rasponu 0,997 kg / m 3, njezin je specifični volumen 1,003 m 3 / kg.
Iz zraka
Zrak je homogena plinovita smjesa, sastavljena uglavnom od dušika (78%), zatim kisika (21%) i na kraju iz drugih plinova u zemljinoj atmosferi. Njegova gustoća je makroskopski izraz sve te mješavine molekula, koje ne djeluju učinkovito i šire se u svim smjerovima.
Kako se pretpostavlja da je tvar kontinuirana, njegovo širenje u spremniku ne mijenja njezin sastav. Opet, mjerenjem gustoće pri opisanim uvjetima temperature i tlaka, može se utvrditi koliki volumen zauzima 1 g zraka.
Kako je specifični volumen 1 / ρ, a njegov ρ manji od volumena vode, tada je njegov specifični volumen veći.
Objašnjenje ove činjenice temelji se na molekularnim interakcijama vode prema zraku; potonje se, čak i u slučaju vlage, ne kondenzira ako nije podložno vrlo hladnim temperaturama i visokim pritiscima.
Od pare
Hoće li pod istim uvjetima gram pare zauzeti volumen veći od grama zraka? Zrak je gušći od vode u plinovitoj fazi, jer je to smjesa gore spomenutih plinova, za razliku od molekula vode.
Budući da je specifični volumen obratno gustoći, gram pare zauzima više volumena (manje je gust) od grama zraka.
Fizička svojstva pare kao tekućine ključna su u mnogim industrijskim procesima: unutar izmjenjivača topline, radi povećanja vlažnosti, čišćenja strojeva, između ostalog.
Mnogo je varijabli koje se moraju uzeti u obzir pri rukovanju velikim količinama pare unutar industrije, posebno u pogledu mehanike fluida.
Dušik
Kao i ostali plinovi, njegova gustoća znatno ovisi o tlaku (za razliku od krutih tvari i tekućina) i temperaturi. Stoga vrijednosti za njegov specifični volumen variraju u skladu s tim varijablama. Iz toga proizlazi potreba da se odredi njegov specifični volumen za izražavanje sustava u smislu intenzivnih svojstava.
Bez eksperimentalnih vrijednosti, molekularnim zaključivanjem, teško je usporediti gustoću dušika s gustoćom ostalih plinova. Molekula dušika je linearna (N≡N), a voda vode kutna.
Budući da "linija" zauzima manje volumena od "bumerang", može se očekivati da će dušik biti gušći od vode definicijom gustoće (m / V). Koristeći gustoću od 1.2506 Kg / m 3, specifični volumen pri uvjetima u kojima je izmjerena ta vrijednost je 0,7996 m 3 / Kg; to je jednostavno uzajamno (1 / ρ).
Od idealnog plina
Idealni plin je onaj koji poslušuje jednadžbu:
P = nRT / V
Može se vidjeti da jednadžba ne uzima u obzir nikakve varijable poput molekularne strukture ili volumena; niti razmatra kako molekuli plina međusobno djeluju u prostoru koji definira sustav.
U ograničenom rasponu temperatura i tlaka, svi plinovi se „ponašaju“ isto; Iz tog razloga vrijedi u određenoj mjeri pretpostaviti da poštuju jednadžbu idealnog plina. Stoga se iz ove jednadžbe može odrediti nekoliko svojstava plinova, uključujući i specifični volumen.
Da bi se to riješilo, potrebno je izraziti jednadžbu u smislu varijabli gustoće: mase i volumena. Molovi su predstavljeni s n, a oni su rezultat dijeljenja mase plina s njegovom molekularnom masom (m / M).
Uzimajući u jednadžbu promjenjivu masu m, ako je podijeljena s volumenom, može se dobiti gustoća; Odavde je dovoljno očistiti gustoću, a zatim "prebaciti" obje strane jednadžbe. Na taj se način konačno utvrđuje specifični volumen.
Slika ispod ilustrira svaki korak kako bi se dostigao konačni izraz specifičnog volumena idealnog plina.
Reference
- Wikipedia. (2018.). Specifična zapremina. Preuzeto sa: en.wikipedia.org
- Study.com. (21. kolovoza 2017.). Što je specifična količina? - Definicija, formula i jedinice preuzete iz: study.com
- LONAC. (5. svibnja 2015.). Specifična količina. Preuzeto sa: grc.nasa.gov
- Michael J. Moran i Howard N. Shapiro. (2004). Osnove tehničke termodinamike. (2. izdanje). Uredništvo Reverté, stranica 13.
- 1. jedinica: Pojmovi termodinamike., Preuzeto iz: 4.tecnun.es
- TLV. (2018.). Glavne aplikacije za paru. Preuzeto sa: tlv.com