Określona objętość definiuje się jako liczbę metrów sześciennych zajmowanych przez jeden kilogram materia. Jest to stosunek objętości materiału do jego masa, który jest taki sam jak jego odwrotność gęstość. Innymi słowy, objętość właściwa jest odwrotnie proporcjonalna do gęstości. Objętość właściwą 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 można go wyrazić w mililitrach na gram (ml / g) lub stopach sześciennych na funt (ft3/lb).
Intensywny i intensywny
„Określona” część określonej objętości oznacza, że jest wyrażona w jednostkach masy. To jest własność wewnętrzna materii, co oznacza, że nie zależy to od wielkości próbki. Podobnie konkretny wolumin jest intensywną właściwością materii na które nie ma wpływu ilość substancji lub miejsce jej pobrania.
Określone formuły objętości
Istnieją trzy popularne formuły stosowane do obliczania objętości właściwej (ν):
- ν = V / m gdzie V jest objętością, a m jest masą
- ν = 1 /ρ = ρ-1 gdzie ρ jest gęstością
- ν = RT / PM = RT / P gdzie R jest idealny stała gazu, 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 stosowane w kontaktach z gazami, ale gęstość gazu (i jego objętość właściwa) może się dramatycznie zmieniać z niewielkim wzrostem lub spadkiem temperatury.
Trzecie równanie dotyczy tylko idealne gazy lub do gazów rzeczywistych w stosunkowo niskich temperaturach i ciśnieniach zbliżonych do gazów idealnych.
Tabela wspólnych specyficznych wartości objętości
Inżynierowie i naukowcy zazwyczaj odnoszą się do tabel o określonych wartościach 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 / m3) | (m3/kg) | |
| Powietrze | 1.225 | 0.78 |
| lód | 916.7 | 0.00109 |
| Woda (płyn) | 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 | 1.977 | 0.506 |
| Chlor | 2.994 | 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 wyszczególniają określone wartości objętości w zakresie temperatur i ciśnień. Możesz znaleźć szczegółowe tabele dla powietrza i pary.
Zastosowania określonej objętości
Określona objętość jest najczęściej stosowana w inżynierii i obliczeniach termodynamicznych dla fizyki i chemii. Służy do prognozowania zachowania gazów w przypadku zmiany warunków.
Rozważ hermetyczną komorę zawierającą określoną liczbę cząsteczek:
- Jeśli komora rozszerzy się, a liczba cząsteczek pozostanie stała, gęstość gazu spadnie, a objętość właściwa wzrośnie.
- 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 maleje, a objętość właściwa wzrasta.
- Jeśli objętość komory jest utrzymywana na stałym poziomie podczas dodawania nowych cząsteczek, gęstość wzrasta, a objętość właściwa maleje.
- Jeśli gęstość podwoi się, jej objętość właściwa zmniejszy się o połowę.
- Jeśli konkretna objętość podwoi się, gęstość zostanie zmniejszona o połowę.
Określona objętość i ciężar właściwy
Jeżeli znane są określone objętości dwóch substancji, informacje te można wykorzystać do obliczenia i porównania ich gęstości. Porównywanie wydajności gęstości środek ciężkości wartości. Jednym zastosowaniem 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 / cm3 a gęstość B wynosi 2,67 g / cm3. Ciężar właściwy, porównując gęstość A do B, wynosi 1,04 lub ciężar właściwy B w porównaniu do A wynosi 0,95. A jest gęstsze niż B, więc A zapadnie się w B lub B unosi się na A.
Przykładowe obliczenia
Ciśnienie próbki pary wynosi 2500 funtów / cal2 w temperaturze Rankine'a z 1960 r. Jeśli stała gazu wynosi 0,596, jaka jest objętość właściwa pary?
ν = RT / P
ν = (0,596) (1960) / (2500) = 0,467 cala3/lb
Źródła
- Moran, Michael (2014). Podstawy termodynamiki inżynierskiej, 8th Ed. Wiley. ISBN 978-1118412930.
- Silverthorn, Dee (2016). Fizjologia człowieka: zintegrowane podejście. Osoba. ISBN 978-0-321-55980-7.
- Walker, Jear (2010) l. Fundamentals of Physics, 9th Ed. Halliday. ISBN 978-0470469088.