Volumen specifični je značilno intenzivno lastnost vsakega elementa ali snovi. Matematično je opredeljen kot razmerje med prostornino, ki jo zaseda določena količina snovi (kilogram ali gram); z drugimi besedami, gre za vzajemnost gostote.
Gostota označuje, koliko tehta 1 ml snovi (tekoča, trdna, plinasta ali homogena ali heterogena zmes), medtem ko se specifična prostornina nanaša na prostornino, ki jo zaseda 1 g (ali 1 kg). Tako je poznavanje gostote snovi dovolj, da izračunamo vzajemnost, da določimo njeno specifično prostornino.
Na kaj se nanaša beseda "poseben"? Kadar se katera lastnost pove, da je specifična, pomeni, da je izražena kot funkcija mase, kar omogoča njeno pretvorbo iz obsežne lastnosti (ki je odvisna od mase) v intenzivno (kontinuirano na vseh točkah sistema).
Enote, v katerih je specifična prostornina običajno izražena, so (m 3 / Kg) ali (cm 3 / g). Kljub temu, da ta lastnost ni odvisna od mase, je odvisna tudi od drugih spremenljivk, na primer temperature ali tlaka snovi. Zaradi tega en gram snovi pri višjih temperaturah zasede več volumna.
Vode
Na prvi sliki vidite kapljico vode, ki naj bi se pomešala s površino tekočine. Ker gre za naravno snov, njegova masa zaseda volumen kot katera koli druga. Ta makroskopski volumen je produkt volumna in interakcij njegovih molekul.
Molekula vode ima kemijsko formulo H 2 O, z molekulsko maso približno 18g / mol. Gostota, ki jo predstavlja, je odvisna tudi od temperature, pri makroskaliji pa velja, da je porazdelitev molekul čim bolj homogena.
Z vrednostjo gostote ρ pri temperaturi T za izračun specifične prostornine tekoče vode zadostuje uporaba naslednje formule:
v = (1 / ρ)
Izračuna se z eksperimentalnim določanjem gostote vode s piknometrom in nato z matematičnim izračunom. Ker se molekule vsake snovi med seboj razlikujejo, bo tako nastala specifična prostornina.
Če je gostota vode v širokem temperaturnem območju 0,997 kg / m 3 , je njena specifična prostornina 1,003 m 3 / kg.
Iz zraka
Zrak je homogena plinasta zmes, sestavljena večinoma iz dušika (78%), sledi kisik (21%) in nazadnje iz drugih plinov v zemeljski atmosferi. Njegova gostota je makroskopski izraz vse te mešanice molekul, ki ne delujejo učinkovito in se razmnožujejo v vseh smereh.
Ker se domneva, da je snov neprekinjena, njeno širjenje v posodi ne spremeni njene sestave. Ponovno lahko z merjenjem gostote pri opisanih pogojih temperature in tlaka ugotovimo, kakšen volumen 1 g zraka zasede.
Ker je specifična prostornina 1 / ρ in je njen ρ manjši od vode, je njen specifični volumen večji.
Razlaga tega dejstva temelji na molekulskih interakcijah vode in zraka; slednja se tudi pri vlažnosti ne kondenzira, razen če je izpostavljena zelo hladnim temperaturam in visokim tlakom.
Iz pare
Ali bo pod enakimi pogoji gram para zasedel prostornino večjo od volumna grama zraka? Zrak je v plinasti fazi gostejši od vode, saj gre za mešanico zgoraj omenjenih plinov, za razliko od molekul vode.
Ker je specifična prostornina obratna gostota, gram para zavzame več volumna (je manj gost) kot gram zraka.
Fizikalne lastnosti pare kot tekočine so ključne v številnih industrijskih procesih: znotraj toplotnih izmenjevalnikov, za povečanje vlažnosti, čiščenje strojev, med drugim.
Pri ravnanju z velikimi količinami pare v panogah je treba upoštevati veliko spremenljivk, zlasti kar zadeva mehaniko tekočin.
Dušik
Kot ostali plini je njegova gostota močno odvisna od tlaka (za razliko od trdnih snovi in tekočin) in od temperature. Tako se vrednosti njegove specifične prostornine razlikujejo glede na te spremenljivke. Zato je treba določiti njegovo specifično prostornino za izražanje sistema z intenzivnimi lastnostmi.
Brez eksperimentalnih vrednosti z molekularnim sklepanjem je težko primerjati gostoto dušika z gostoto drugih plinov. Molekula dušika je linearna (N≡N), voda vode pa je kotna.
Ker "črta" zaseda manj volumna kot "bumerang", je mogoče pričakovati, da bo dušik po definiciji gostote (m / V) gostejši od vode. Z gostoto 1,2506 Kg / m 3 je specifična prostornina pri pogojih, v katerih je bila izmerjena ta vrednost, 0,7996 m 3 / Kg; gre preprosto za vzajemno (1 / ρ).
Od idealnega plina
Idealen plin je tisti, ki upošteva enačbo:
P = nRT / V
Vidimo, da enačba ne upošteva nobene spremenljivke, kot sta molekularna struktura ali volumen; prav tako ne upošteva, kako molekule plina medsebojno delujejo v prostoru, ki ga določa sistem.
V omejenem območju temperatur in tlakov se vsi plini "obnašajo" enako; zato je do neke mere veljavno domnevati, da upoštevajo enačbo idealnega plina. Tako lahko iz te enačbe določimo več lastnosti plinov, vključno s specifično prostornino.
Da bi ga rešili, moramo enačbo izraziti glede na spremenljivke gostote: masa in prostornina. Moli so predstavljeni z n, ti pa so posledica deljenja mase plina z njegovo molekularno maso (m / M).
Če v enačbo vzamemo spremenljivo maso m, če jo delimo z volumnom, lahko dobimo gostoto; Od tu je dovolj, da očistimo gostoto in nato "prelistamo" obe strani enačbe. S tem se končno določi specifična prostornina.
Spodnja slika ponazarja vsak korak, da se doseže končni izraz specifične prostornine idealnega plina.
Reference
- Wikipedija. (2018). Specifična prostornina. Izvedeno iz: en.wikipedia.org
- Study.com. (21. avgust 2017). Kaj je specifična prostornina? - Opredelitev, formula in enote, vzete iz: study.com
- POT. (5. maj 2015). Specifična prostornina. Vzeto iz: grc.nasa.gov
- Michael J. Moran in Howard N. Shapiro. (2004). Osnove tehnične termodinamike. (2. izdaja). Uredništvo Reverté, stran 13.
- Enota 1: Pojmi termodinamike. . Vzeto iz: 4.tecnun.es
- TLV. (2018). Glavne aplikacije za Steam. Vzeto iz: tlv.com