Objem špecifický je charakteristická intenzívna vlastnosť každého prvku alebo materiálu. Matematicky je definovaný ako vzťah medzi objemom obsadeným určitým množstvom látky (kilogram alebo gram); inými slovami, je to recipročná hustota.
Hustota udáva, koľko 1 ml látky váži (tekutá, tuhá, plynná alebo homogénna alebo heterogénna zmes), zatiaľ čo špecifický objem sa vzťahuje na objem, ktorý zaberá 1 g (alebo 1 kg) tejto látky. Ak teda vieme hustotu látky, stačí vypočítať recipročnú hodnotu a určiť jej špecifický objem.
Na čo sa slovo „špecifický“ vzťahuje? Keď sa hovorí, že akákoľvek vlastnosť je špecifická, znamená to, že je vyjadrená ako funkcia hmoty, čo umožňuje jej transformáciu z rozsiahlej vlastnosti (ktorá závisí od hmotnosti) na intenzívnu (súvislá vo všetkých bodoch systému).
Jednotky, v ktorej je objem špecifický zvyčajne vyjadrujú (m 3 / kg) alebo (cm 3 / g). Aj keď táto vlastnosť nezávisí od hmotnosti, závisí od iných premenných, napríklad od teploty alebo tlaku pôsobiaceho na látku. To spôsobí, že jeden gram látky obsadí väčší objem pri vyšších teplotách.
Z vody
Na prvom obrázku vidíte kvapku vody, ktorá sa má zmiešať s hladinou kvapaliny. Pretože je to prirodzene látka, jej hmotnosť zaberá objem ako každý iný. Tento makroskopický objem je produktom objemu a interakcií jeho molekúl.
Molekula vody má chemický vzorec H 2 O, s molekulovou hmotnosťou približne 18 g / mol. Hustoty, ktoré predstavuje, tiež závisia od teploty a distribúcia jeho molekúl v makrozsahu sa považuje za čo najhomogénnejšiu.
Pri hodnotách hustoty ρ pri teplote T stačí na výpočet špecifického objemu kvapalnej vody použiť tento vzorec:
v = (1 / ρ)
Vypočíta sa experimentálnym stanovením hustoty vody pomocou piknometra a následným vykonaním matematického výpočtu. Pretože molekuly každej látky sa navzájom líšia, výsledný špecifický objem sa tiež zmení.
Ak je hustota vody v širokom rozsahu teplôt je 0,997 kg / m 3 , jej objemová špecifická je 1,003 m 3 / kg.
Zo vzduchu
Vzduch je homogénna plynná zmes pozostávajúca hlavne z dusíka (78%), nasledovaného kyslíkom (21%) a nakoniec ďalšími plynmi v zemskej atmosfére. Jeho hustota je makroskopická expresia všetkej zmesi molekúl, ktoré neinteragujú efektívne a množia sa vo všetkých smeroch.
Pretože sa predpokladá, že látka je nepretržitá, jej šírenie v nádobe nemení svoje zloženie. Meraním hustoty pri opísaných podmienkach teploty a tlaku je opäť možné určiť, aký objem 1 g vzduchu zaberá.
Pretože špecifický objem je 1 / ρ a jeho ρ je menší ako objem vody, potom je jeho špecifický objem väčší.
Vysvetlenie tejto skutočnosti je založené na molekulárnych interakciách voda verzus vzduch; posledne menovaná, dokonca ani v prípade vlhkosti, kondenzuje iba vtedy, ak je vystavená veľmi nízkym teplotám a vysokým tlakom.
Z pary
Bude za rovnakých podmienok obsadzovať gram pary väčší objem ako gram vzduchu? Vzduch je v plynnej fáze hustejší ako voda, pretože je to na rozdiel od molekúl vody vyššie uvedená zmes plynov.
Pretože špecifický objem je inverzná hustota, gram pary zaberá väčší objem (je menej hustý) ako gram vzduchu.
Fyzikálne vlastnosti pary ako kvapaliny sú nevyhnutné v mnohých priemyselných procesoch: vo vnútri výmenníkov tepla, na zvýšenie vlhkosti, okrem iného v čistom stroji.
Pri manipulácii s veľkým množstvom pary v priemyselných odvetviach je potrebné vziať do úvahy veľa premenných, najmä pokiaľ ide o mechaniku tekutín.
dusík
Rovnako ako ostatné plyny, aj jej hustota značne závisí od tlaku (na rozdiel od pevných látok a kvapalín) a od teploty. Hodnoty pre jeho špecifický objem sa teda líšia podľa týchto premenných. Preto je potrebné určiť jeho špecifický objem na vyjadrenie systému z hľadiska intenzívnych vlastností.
Bez experimentálnych hodnôt je pomocou molekulového zdôvodnenia ťažké porovnávať hustotu dusíka s hustotou iných plynov. Molekula dusíka je lineárna (N = N) a voda je uhlová.
Pretože „čiara“ zaberá menší objem ako „bumerang“, dá sa podľa definície hustoty (m / V) očakávať, že dusík bude hustejší ako voda. Použitie hustotu 1.2506 kg / m 3 , objem špecifické na podmienkach, v ktorých sa meria táto hodnota je 0,7996 m 3 / kg; je to jednoducho recipročné (1 / ρ).
Ideálneho plynu
Ideálny plyn je plyn, ktorý sa riadi rovnicou:
P = nRT / V
Je zrejmé, že rovnica neberie do úvahy žiadne premenné, ako je molekulárna štruktúra alebo objem; nezohľadňuje ani vzájomné pôsobenie molekúl plynu v priestore definovanom systémom.
V obmedzenom rozsahu teplôt a tlakov sa všetky plyny „správajú“ rovnako; z tohto dôvodu je do určitej miery platné predpokladať, že sa riadia rovnicou ideálneho plynu. Z tejto rovnice je teda možné určiť niekoľko vlastností plynov vrátane špecifického objemu.
Na jeho vyriešenie je potrebné vyjadriť rovnicu pomocou premenných hustoty: hmotnosti a objemu. Móly sú predstavované n a sú výsledkom delenia hmotnosti plynu jeho molekulovou hmotnosťou (m / M).
Ak sa vezme premenlivá hmotnosť m v rovnici, ak je vydelená objemom, je možné získať hustotu; Odtiaľ stačí vyčistiť hustotu a potom „prevrátiť“ obe strany rovnice. Týmto sa konečne stanoví špecifický objem.
Obrázok nižšie zobrazuje každý z krokov na dosiahnutie konečného vyjadrenia špecifického objemu ideálneho plynu.
Referencie
- Wikipedia. (2018). Merný objem. Prevzaté z: en.wikipedia.org
- Study.com. (21. augusta 2017). Čo je špecifický objem? - Definícia, vzorec a jednotky prevzaté z: study.com
- POT. (5. mája 2015). Špecifický objem. Prevzaté z: grc.nasa.gov
- Michael J. Moran a Howard N. Shapiro. (2004). Základy technickej termodynamiky. (2. vydanie). Editorial Reverté, strana 13.
- Jednotka 1: Pojmy termodynamiky. , Prevzaté z: 4.tecnun.es
- TLV. (2018). Hlavné aplikácie pre Steam. Prevzaté z: tlv.com