A fajlagos térfogat az egyes elemek vagy anyagok jellemző intenzív tulajdonsága. Matematikailag úgy határozza meg, mint egy bizonyos anyagmennyiség (kilogramm vagy gramm) által elfoglalt térfogat közötti kapcsolat; más szóval, ez a sűrűség viszonossága.
A sűrűség azt jelzi, hogy 1 ml anyag tömege (folyékony, szilárd, gáznemű vagy homogén vagy heterogén keverék), míg a fajlagos térfogat azt a térfogatot jelöli, amely 1 g (vagy 1 kg) -ot foglal el. Így az anyag sűrűségének ismeretében elegendő a viszonosság kiszámítása az anyag fajlagos térfogatának meghatározásához.
Mit jelent a "specifikus" szó? Ha azt mondják, hogy valamely tulajdonság specifikus, akkor azt a tömeg függvényében fejezik ki, amely lehetővé teszi annak átalakulását egy kiterjedt tulajdonságból (amely tömegtől függ) intenzívvé (folyamatos a rendszer minden pontján).
Azok az egységek, amelyekben a fajlagos térfogatot általában kifejezik, (m 3 / Kg) vagy (cm 3 / g). Annak ellenére, hogy ez a tulajdonság nem függ a tömegtől, más változóktól, például az anyag hőmérséklettől vagy nyomásától függ. Ennek következtében egy gramm anyag nagyobb térfogatot foglal el magasabb hőmérsékleten.
A vízből
Az első képen láthat egy csepp vizet, amely hozzákeveredik a folyadék felületéhez. Mivel természetesen anyag, tömege ugyanúgy foglal el térfogatot, mint bármely más. Ez a makroszkopikus térfogat a térfogat és a molekulák kölcsönhatásainak eredménye.
A víz a molekulának a kémiai képlete H 2 O, egy molekulatömege körülbelül 18g / mól. Az általa bemutatott sűrűség a hőmérséklettől is függ, és egy makroskálán a molekulák eloszlását a lehető leginkább homogénnek tekintik.
A ρ sűrűségértékkel T hőmérsékleten a folyékony víz fajlagos térfogatának kiszámításához elegendő a következő képletet alkalmazni:
v = (1 / ρ)
Ezt úgy számítják ki, hogy a piknométer segítségével kísérletileg meghatározzák a víz sűrűségét, majd elvégzik a matematikai számítást. Mivel az egyes anyagok molekulái különböznek egymástól, így lesz a kapott fajlagos térfogat is.
Ha a víz sűrűsége széles hőmérsékleti tartományban 0,997 kg / m 3, akkor fajlagos térfogata 1,003 m 3 / kg.
Levegőből
A levegő homogén gáznemű keverék, amely főleg nitrogénből (78%), majd oxigénből (21%) és végül más földgázokból áll. Sűrűsége a molekulák keverékének makroszkopikus expressziója, amelyek nem lépnek kölcsönhatásba hatékonyan és minden irányban terjednek.
Mivel az anyag folyamatosnak tekinthető, egy tartályban történő terjedése nem változtatja meg az összetételét. Ismételve, ha megmérjük a sűrűséget a leírt hőmérsékleti és nyomásviszonyok között, meg lehet határozni, hogy az 1 g levegő mennyit foglal el.
Mivel a fajlagos térfogat 1 / ρ és ρ kisebb, mint a vízé, akkor a fajlagos térfogata nagyobb.
Ennek a ténynek a magyarázata a víz és a levegő molekuláris kölcsönhatásain alapszik; ez utóbbi, még páratartalom esetén is, csak akkor kondenzál, ha nagyon hideg hőmérsékletnek és magas nyomásnak van kitéve.
Gőztől
Ugyanazon körülmények között egy gramm gőz nagyobb térfogatot fog elfoglalni, mint egy gramm levegő? A gáznemű fázisban a levegő sűrűbb, mint a víz, mert ellentétben a vízmolekulákkal a fent említett gázok keveréke.
Mivel a fajlagos térfogat a sűrűség inverze, egy gramm gőz több térfogatot foglal el (kevésbé sűrű), mint egy gramm levegő.
A gőz, mint folyadék fizikai tulajdonságai nélkülözhetetlenek sok ipari folyamatban: többek között a hőcserélők belsejében a páratartalom növelése érdekében, a gépek tisztítása.
Számos változót kell figyelembe venni, amikor nagy mennyiségű gőzt kezelnek az iparban, különös tekintettel a folyadékok mechanikájára.
Nitrogén
A többi gázhoz hasonlóan sűrűsége nagyban függ a nyomástól (ellentétben a szilárd és folyékony folyadékokkal) és a hőmérséklettől. Így a fajlagos térfogat értékei ezen változók szerint változnak. Ezért meg kell határozni annak fajlagos térfogatát, hogy a rendszert intenzív tulajdonságokkal fejezzük ki.
Kísérleti értékek nélkül, molekuláris érvelés révén nehéz összehasonlítani a nitrogén sűrűségét más gázok sűrűségével. A nitrogén molekula lineáris (N≡N) és a víz szögletes.
Mivel egy "vonal" kisebb térfogatot foglal el, mint egy "bumeráng", akkor a sűrűség (m / V) meghatározása szerint a nitrogén várhatóan sűrűbb lesz, mint a víz. 1,2506 Kg / m 3 sűrűség felhasználásával a fajlagos térfogat olyan körülmények között, amelyekben ezt az értéket mértük, 0,7996 m 3 / Kg; egyszerűen a kölcsönös (1 / ρ).
Az ideális gázból
Az ideális gáz megfelel az egyenletnek:
P = nRT / V
Látható, hogy az egyenlet nem vesz figyelembe olyan változókat, mint például a molekuláris szerkezet vagy térfogat; Nem veszi figyelembe a gázmolekulák kölcsönhatásának kölcsönhatását sem a rendszer által meghatározott térben.
Korlátozott hőmérsékleti és nyomástartományban az összes gáz ugyanolyan módon viselkedik; ezért bizonyos mértékig helyénvaló azt feltételezni, hogy betartják az ideális gáz egyenletet. Így ezen egyenlet alapján a gázok több tulajdonsága meghatározható, beleértve a fajlagos térfogatot is.
Megoldásához meg kell adni az egyenletet sűrűségváltozókkal: tömeg és térfogat. A mólokat n jelöli, és ezek a gáz tömegének a molekulatömeggel (m / M) való elosztásának az eredményei.
Ha figyelembe vesszük az m változó tömeget az egyenletben, ha eloszlik a térfogattal, akkor megkaphatjuk a sűrűséget; Innentől elegendő a sűrűség törlése, majd az egyenlet mindkét oldalának „megfordítása”. Ezzel végül meghatározzuk a fajlagos térfogatot.
Az alábbi kép bemutatja az ideális gáz fajlagos térfogatának végső kifejezéséhez szükséges lépéseket.
Irodalom
- Wikipedia. (2018). Fajlagos mennyiség. Forrás: en.wikipedia.org
- Study.com. (2017. augusztus 21.). Mi az a specifikus mennyiség? - Meghatározás, képlet és mértékegységek a következőből: study.com
- EDÉNY. (2015. május 5.). Sajátos mennyiség. Feltöltve: grc.nasa.gov
- Michael J. Moran és Howard N. Shapiro. (2004). A műszaki termodinamika alapjai. (2. kiadás). Szerkesztői feljegyzés, 13. oldal.
- 1. egység: A termodinamika fogalmai.. Feltöltve: 4.tecnun.es
- TLV. (2018). Fő alkalmazások a Steam-hez. Forrás: tlv.com