Ominaistilavuus on ominaista intensiivinen ominaisuus jokaisen elementin tai materiaalin. Se määritellään matemaattisesti tietyn määrän aineen (kilogramman tai gramman) tilavuuden välillä; toisin sanoen, se on tiheyden vastavuoroinen.
Tiheys ilmaisee, kuinka paljon 1 ml ainetta painaa (nestemäinen, kiinteä, kaasumainen tai homogeeninen tai heterogeeninen seos), kun taas ominaistilavuus viittaa tilavuuteen, jonka se käyttää 1 g (tai 1 kg). Siten, tietäen aineen tiheyden, riittää laskemaan vastavuoroinen määrittämään sen ominaistilavuus.
Mitä sana "erityinen" tarkoittaa? Kun minkä tahansa ominaisuuden sanotaan olevan erityinen, se tarkoittaa, että se ilmaistaan massan funktiona, joka sallii sen muuttumisen laajasta ominaisuudesta (joka riippuu massasta) intensiiviseksi (jatkuva kaikissa järjestelmän kohdissa).
Yksiköt, joissa ominaistilavuus normaalisti ilmaistaan, ovat (m 3 / Kg) tai (cm 3 / g). Vaikka tämä ominaisuus ei riipu massasta, se riippuu kuitenkin muista muuttujista, kuten aineen lämpötilasta tai paineesta. Tämä aiheuttaa sen, että yksi gramma ainetta vie enemmän tilavuutta korkeissa lämpötiloissa.
Vedestä
Ensimmäisessä kuvassa näkyy tippa vettä, jota on tarkoitus sekoittaa nesteen pinnan kanssa. Koska se on luonnollisesti aine, sen massa vie tilavuuden kuten mikä tahansa muu. Tämä makroskooppinen tilavuus on tilavuuden ja sen molekyylien vuorovaikutuksen tuote.
Vesimolekyyli on kemiallinen kaava H 2 O, jonka molekyylimassa on noin 18 g / mol. Sen esittämät tiheydet riippuvat myös lämpötilasta, ja makroskaalassa sen molekyylien jakauman katsotaan olevan mahdollisimman homogeeninen.
Tiheysarvoilla ρ lämpötilassa T nestemäisen veden ominaistilavuuden laskemiseksi riittää seuraavan kaavan soveltaminen:
v = (1 / ρ)
Se lasketaan kokeellisesti määrittämällä veden tiheys pyknometrillä ja suorittamalla sitten matemaattinen laskelma. Koska kunkin aineen molekyylit ovat erilaisia toisistaan, niin tulee myös syntyvä ominaistilavuus.
Jos veden tiheys laajalla lämpötila-alueella on 0,997 kg / m 3, sen ominaistilavuus on 1,003 m 3 / kg.
Ilmasta
Ilma on homogeeninen kaasumainen seos, joka koostuu pääasiassa typestä (78%), jota seuraa happea (21%) ja lopulta muita kaasuja maan ilmakehässä. Sen tiheys on makroskooppinen ilmentymä kaikelle kyseiselle molekyyliseokselle, joka ei ole vuorovaikutuksessa tehokkaasti ja leviää kaikkiin suuntiin.
Koska aineen oletetaan jatkuvan, sen levitys astiassa ei muuta sen koostumusta. Jälleen, mittaamalla tiheys kuvatuissa lämpötila- ja paineolosuhteissa, voidaan määrittää, minkä tilavuuden 1 g ilmaa käyttää.
Koska ominaistilavuus on 1 / ρ ja sen ρ on pienempi kuin veden, sen ominaistilavuus on suurempi.
Tämän tosiasian selitys perustuu veden ja ilman molekyylin vuorovaikutukseen; jälkimmäinen, jopa kosteuden ollessa, ei tiivisty, ellei sitä altista erittäin kylmille lämpötiloille ja korkeille paineille.
Höyrystä
Ovatko gramma höyryä samoissa olosuhteissa suuremman tilavuuden kuin gramma ilma? Ilma on kaasumaisessa faasissa tiheämpi kuin vesi, koska se on edellä mainittujen kaasuseos, toisin kuin vesimolekyylit.
Koska ominaistilavuus on tiheyden käänteinen, gramma höyryä vie enemmän tilavuutta (se on vähemmän tiheä) kuin gramma ilma.
Höyryn fysikaaliset ominaisuudet nesteenä ovat välttämättömiä monissa teollisissa prosesseissa: lämmönvaihtimien sisällä kosteuden lisäämiseksi, koneiden puhdistamiseksi.
On olemassa monia muuttujia, jotka on otettava huomioon käsitellessään suuria höyrymääriä teollisuudessa, etenkin nesteiden mekaniikan suhteen.
typpi
Kuten muutkin kaasut, sen tiheys riippuu huomattavasti paineesta (toisin kuin kiinteät ja nesteet) ja lämpötilasta. Siksi sen erityisen tilavuuden arvot vaihtelevat näiden muuttujien mukaan. Tästä syystä on tarpeen määrittää sen ominaistilavuus järjestelmän ilmaisemiseksi intensiivisillä ominaisuuksilla.
Ilman kokeellisia arvoja, molekyylin perustelujen avulla, on vaikea verrata typen tiheyttä muiden kaasujen tiheyteen. Typpimolekyyli on lineaarinen (N≡N) ja veden molekyyli on kulma.
Koska "viiva" vie vähemmän tilaa kuin "bumerangi", typen voidaan odottaa olevan tiheämpää kuin vesi tiheyden (m / V) määritelmän perusteella. Käyttämällä tiheyttä 1,2506 Kg / m 3, ominaistilavuus olosuhteissa, joissa tämä arvo mitattiin, on 0,7996 m 3 / Kg; se on yksinkertaisesti vastavuoroinen (1 / ρ).
Ihanteellisesta kaasusta
Ihanteellinen kaasu noudattaa yhtälöä:
P = nRT / V
Voidaan nähdä, että yhtälössä ei oteta huomioon mitään muuttujia, kuten molekyylirakennetta tai tilavuutta; Se ei myöskään harkitse kuinka kaasumolekyylit ovat vuorovaikutuksessa keskenään järjestelmän määrittelemässä tilassa.
Rajoitetussa lämpötilan ja paineen alueella kaikki kaasut "käyttäytyvät" samalla tavalla; tästä syystä on jossain määrin pätevää olettaa, että ne noudattavat ihanteellista kaasuyhtälöä. Täten tästä yhtälöstä voidaan määrittää useita kaasujen ominaisuuksia, mukaan lukien ominaistilavuus.
Sen ratkaisemiseksi on tarpeen ilmaista yhtälö tiheysmuuttujina: massa ja tilavuus. Mooleja edustaa n, ja nämä ovat seurausta jakamalla kaasun massa sen molekyylimassalla (m / M).
Ottamalla muuttuva massa m yhtälöstä, jos se jaetaan tilavuudella, voidaan saada tiheys; Tästä eteenpäin riittää tyhjentää tiheys ja "kääntää" yhtälön molemmat puolet. Näin tekemällä lopullinen määrä määritetään.
Oheinen kuva kuvaa kutakin vaihetta ideaalikaasun tietyn tilavuuden lopullisen ilmaisun saavuttamiseksi.
Viitteet
- Wikipedia. (2018). Erityinen tilavuus. Kuvannut: en.wikipedia.org
- Study.com. (21. elokuuta 2017). Mikä on erityinen volyymi? - Määritelmä, kaava ja yksiköt otettu osoitteesta: study.com
- Potin. (5. toukokuuta 2015). Erityinen määrä. Otettu: grc.nasa.gov
- Michael J. Moran ja Howard N. Shapiro. (2004). Teknisen termodynamiikan perusteet. (2. painos). Toimituksellinen käännös, sivu 13.
- Yksikkö 1: Termodynamiikan käsitteet.. Otettu: 4.tecnun.es
- TLV. (2018). Tärkeimmät sovellukset Steamille. Otettu: tlv.com