Objem specifický je charakteristická intenzivní vlastnost každého prvku nebo materiálu. Matematicky je definován jako vztah mezi objemem obsazeným určitým množstvím hmoty (kilogram nebo gram); jinými slovy, je to reciproční hustota.
Hustota udává, kolik 1 ml hmoty váží (kapalina, pevná látka, plynná nebo homogenní nebo heterogenní směs), zatímco specifický objem se vztahuje na objem zabraný 1 g (nebo 1 kg) této látky. Při znalosti hustoty látky tedy stačí vypočítat reciproční k určení jejího specifického objemu.
Na co se slovo „konkrétní“ vztahuje? Když je jakákoli vlastnost označena za specifickou, znamená to, že je vyjádřena jako funkce hmoty, což umožňuje její přeměnu z rozsáhlé vlastnosti (která závisí na hmotnosti) na intenzivní (spojitá ve všech bodech v systému).
Jednotky, ve které je objem specifický obvykle vyjadřují (m 3 / kg) nebo (cm 3 / g). Přestože tato vlastnost nezávisí na hmotnosti, závisí na jiných proměnných, jako je například teplota nebo tlak na látce. To způsobí, že jeden gram látky obsadí větší objem při vyšších teplotách.
Z vody
Na prvním obrázku je vidět kapka vody, která se má smíchat s povrchem kapaliny. Protože je to přirozeně látka, její hmota zabírá objem jako každý jiný. Tento makroskopický objem je součinem objemu a interakcí jeho molekul.
Molekula vody má chemický vzorec H 2 O, s molekulovou hmotností přibližně 18 g / mol. Hustoty, které představuje, také závisí na teplotě a v makrozměně je distribuce jeho molekul považována za co možná nejhomogennější.
Při hodnotách hustoty ρ při teplotě T stačí pro výpočet měrného objemu kapalné vody použít následující vzorec:
v = (1 / ρ)
Vypočítá se experimentálním stanovením hustoty vody pomocí pyknometru a poté provedením matematického výpočtu. Protože molekuly každé látky se od sebe liší, tak bude výsledný specifický objem.
Pokud je hustota vody v širokém teplotním rozmezí 0,997 kg / m 3, je její specifický objem 1,003 m 3 / kg.
Ze vzduchu
Vzduch je homogenní plynná směs, složená převážně z dusíku (78%), dále kyslíku (21%) a nakonec dalších plynů v zemské atmosféře. Její hustota je makroskopická exprese všech těch směsí molekul, které neinteragují účinně a množí se ve všech směrech.
Protože se předpokládá, že látka je kontinuální, její šíření v nádobě nemění své složení. Opět, měřením hustoty za popsaných podmínek teploty a tlaku, lze určit, jaký objem 1 g vzduchu zabírá.
Protože měrný objem je 1 / ρ a jeho ρ je menší než objem vody, pak je jeho specifický objem větší.
Vysvětlení této skutečnosti je založeno na molekulárních interakcích voda versus vzduch; ta i v případě vlhkosti kondenzuje, pokud není vystavena velmi nízkým teplotám a vysokým tlakům.
Z páry
Bude za stejných podmínek zabírat gram páry větší objem, než je objem vzduchu? Vzduch je v plynné fázi hustší než voda, protože na rozdíl od molekul vody je výše zmíněná směs plynů.
Protože měrný objem je inverzní hustotou, gram páry zabírá větší objem (je méně hustý) než gram vzduchu.
Fyzikální vlastnosti páry jako tekutiny jsou zásadní v mnoha průmyslových procesech: uvnitř tepelných výměníků, ke zvýšení vlhkosti, čistých strojích, mimo jiné.
Při manipulaci s velkým množstvím páry v průmyslových odvětvích je třeba vzít v úvahu mnoho proměnných, zejména pokud jde o mechaniku tekutin.
Dusík
Stejně jako ostatní plyny i její hustota značně závisí na tlaku (na rozdíl od pevných látek a kapalin) a na teplotě. Hodnoty jeho specifického objemu se tedy liší podle těchto proměnných. Proto je třeba určit jeho specifický objem, aby se systém mohl vyjádřit z hlediska intenzivních vlastností.
Bez experimentálních hodnot je pomocí molekulárního uvažování obtížné porovnat hustotu dusíku s hustotou jiných plynů. Molekula dusíku je lineární (N≡N) a voda je hranatá.
Protože „čára“ zabírá menší objem než „bumerang“, lze podle definice hustoty (m / V) očekávat, že dusík bude hustší než voda. Použití hustotu 1.2506 kg / m 3, objem specifické na podmínkách, v nichž se měří tato hodnota je 0,7996 m 3 / kg; je to jednoduše reciproční (1 / ρ).
Ideálního plynu
Ideální plyn je plyn, který se řídí rovnicí:
P = nRT / V
Je vidět, že rovnice nebere v úvahu žádnou proměnnou, jako je molekulární struktura nebo objem; nezohledňuje ani to, jak molekuly plynu vzájemně reagují v prostoru definovaném systémem.
V omezeném rozsahu teplot a tlaků se všechny plyny „chovají“ stejně; z tohoto důvodu je do jisté míry platné předpokládat, že dodržují rovnici ideálního plynu. Z této rovnice lze tedy určit několik vlastností plynů, včetně specifického objemu.
K jeho vyřešení je nutné vyjádřit rovnici pomocí proměnných hustoty: hmotnosti a objemu. Krtky jsou reprezentovány n a jsou výsledkem dělení hmotnosti plynu jeho molekulovou hmotností (m / M).
Pokud vezmeme v úvahu proměnnou hmotnost m v rovnici, lze ji získat hustotou; Od této chvíle stačí vyčistit hustotu a pak „převrátit“ obě strany rovnice. Tímto se konečně stanoví specifický objem.
Obrázek níže ukazuje každý z kroků k dosažení konečného vyjádření měrného objemu ideálního plynu.
Reference
- Wikipedia. (2018). Specifický objem. Převzato z: en.wikipedia.org
- Study.com. (21. srpna 2017). Co je konkrétní objem? - Definice, vzorec a jednotky převzaté z: study.com
- HRNEC. (5. května 2015). Specifický objem. Převzato z: grc.nasa.gov
- Michael J. Moran a Howard N. Shapiro. (2004). Základy technické termodynamiky. (2. vydání). Editorial Reverté, strana 13.
- Lekce 1: Pojmy termodynamiky.. Převzato z: 4.tecnun.es
- TLV. (2018). Hlavní aplikace pro Steam. Převzato z: tlv.com