Określona objętość

Dorling Kindersley / Getty Images

Określona objętość definiuje się jako liczbę metrów sześciennych zajmowanych przez jeden kilogram materiał . Jest to stosunek objętości materiału do jego masa , co jest tym samym, co odwrotność jego gęstość . Innymi słowy, objętość właściwa jest odwrotnie proporcjonalna do gęstości. Objętość konkretną można obliczyć lub zmierzyć dla dowolnego stanu skupienia, ale najczęściej stosuje się ją w obliczeniach obejmujących: gazy .

Standardową jednostką objętości właściwej są metry sześcienne na kilogram (m³/kg), chociaż może być wyrażona w mililitrach na gram (ml/g) lub stopach sześciennych na funt (ft³/funt).

Wewnętrzna i Intensywna

Część „właściwa” określonej objętości oznacza, że ​​jest ona wyrażona w jednostkach masy. To jest wewnętrzna własność materii , co oznacza, że ​​nie zależy od wielkości próbki. Podobnie objętość właściwa jest właściwością intensywną materii na to nie ma wpływu ilość substancji ani miejsce pobrania próbki.

Specyficzne formuły objętości

Do obliczenia objętości właściwej (ν) stosuje się trzy popularne wzory:

n = V / mgdzie V to objętość, a m to masa ν = 1 /ρ = ρ^-1gdzie ρ jest gęstością n = RT / PM = RT / Pgdzie R jest ideałem stała gazowa , T to temperatura, P to ciśnienie, a M to molarność

Drugie równanie zwykle stosuje się do cieczy i ciał stałych, ponieważ są one stosunkowo nieściśliwe. Równanie to może być użyte w przypadku gazów, ale gęstość gazu (i jego objętość właściwa) może się drastycznie zmienić przy niewielkim wzroście lub spadku temperatury.

Trzecie równanie dotyczy tylko gazy idealne lub do gazów rzeczywistych w stosunkowo niskich temperaturach i ciśnieniach zbliżonych do gazów idealnych.

Tabela wspólnych wartości objętości właściwych

Inżynierowie i naukowcy zazwyczaj odwołują się do tabel z określonymi wartościami objętości. Te reprezentatywne wartości dotyczą standardowej temperatury i ciśnienia ( STP ), co oznacza temperaturę 0 °C (273,15 K, 32 °F) i ciśnienie 1 atm.

Substancja	Gęstość	Określona objętość
	(kg/m²3)	(m3/kg)
Powietrze	1225	0,78
lód	916,7	0,00109
Woda (ciecz)	1000	0,00100
Słona woda	1030	0,00097
Rtęć	13546	0,00007
R-22*	3,66	0,273
Amoniak	0,769	1.30
Dwutlenek węgla	1977	0,506
Chlor	2994	0,334
Wodór	0,0899	11.12
Metan	0,717	1,39
Azot	1,25	0,799
Parowy*	0,804	1,24

Substancje oznaczone gwiazdką (*) nie znajdują się w STP.

Ponieważ materiały nie zawsze są w standardowych warunkach, istnieją również tabele dla materiałów, które zawierają określone wartości objętości w zakresie temperatur i ciśnień. Możesz znaleźć szczegółowe tabele dla powietrza i pary.

Zastosowania określonej objętości

Objętość właściwa jest najczęściej używana w obliczeniach inżynieryjnych i termodynamicznych dla fizyki i chemii. Służy do przewidywania zachowania gazów w przypadku zmiany warunków.

Rozważ hermetyczną komorę zawierającą określoną liczbę cząsteczek:

• Jeśli komora rozszerza się, a liczba cząsteczek pozostaje stała, gęstość gazu maleje, a objętość właściwa wzrasta.
• Jeśli komora kurczy się, a liczba cząsteczek pozostaje stała, gęstość gazu wzrasta, a objętość właściwa maleje.
• Jeśli objętość komory jest utrzymywana na stałym poziomie, podczas gdy niektóre cząsteczki są usuwane, gęstość spada, a objętość właściwa wzrasta.
• Jeśli objętość komory jest utrzymywana na stałym poziomie podczas dodawania nowych cząsteczek, gęstość wzrasta, a objętość właściwa maleje.
• Jeśli gęstość podwaja się, jej objętość właściwa zmniejsza się o połowę.
• Jeśli objętość właściwa podwoi się, gęstość zostanie zmniejszona o połowę.

Objętość właściwa i ciężar właściwy

Jeżeli znane są konkretne objętości dwóch substancji, informacje te można wykorzystać do obliczenia i porównania ich gęstości. Porównanie wydajności gęstości środek ciężkości wartości. Jednym z zastosowań ciężaru właściwego jest przewidzenie, czy substancja unosi się, czy tonie po umieszczeniu na innej substancji.

Na przykład, jeśli substancja A ma objętość właściwą 0,358 cm³/g, a substancja B ma objętość właściwą 0,374 cm³/g, biorąc odwrotność każdej wartości, da gęstość. Zatem gęstość A wynosi 2,79 g/cm³a gęstość B wynosi 2,67 g/cm³. Ciężar właściwy, porównując gęstość A do B, wynosi 1,04 lub ciężar właściwy B w porównaniu z A wynosi 0,95. A jest gęstsze niż B, więc A zapada się w B lub B unosi się na A.

Przykładowe obliczenia

Wiadomo, że ciśnienie próbki pary wynosi 2500 lbf/in^dwaw temperaturze 1960 Rankine. Jeśli stała gazowa wynosi 0,596, jaka jest właściwa objętość pary?

n = RT / P

v = (0,596)(1960)/(2500) = 0,467 cala³/funt

Źródła

• Moran, Michael (2014). Podstawy termodynamiki inżynierskiej , wyd. 8 Wileya. ISBN 978-1118412930.
• Silverthorn, Dee (2016). Fizjologia człowieka: zintegrowane podejście . Osoba. ISBN 978-0-321-55980-7.
• Walker, Dżer (2010)l. Podstawy Fizyki, 9th Ed. Przedpokój. ISBN 978-0470469088​.