Volum specific de apă, aer, vapori, azot și gaz ideal



volum specific este o caracteristică intensivă a fiecărui element sau material. Este definit matematic ca relația dintre volumul ocupat de o anumită cantitate de materie (un kilogram sau un gram); cu alte cuvinte, este reciproc de densitate.

Densitatea indică cantitatea de 1 ml de materie care cântărește (lichid, solid, gazos sau amestec omogen sau heterogen), în timp ce volumul specific se referă la volumul care ocupă 1 g (sau 1 kg) din acesta. Astfel, știind densitatea unei substanțe, este suficient să se calculeze reciprocitatea pentru a determina volumul său specific.

La ce se referă cuvântul "specific"? Când se spune că orice proprietate este specifică, înseamnă că ea este exprimată în funcție de masă, care permite transformarea ei dintr-o proprietate extinsă (care depinde de masă) la o proprietate intensivă (continuă în toate punctele sistemului).

Unitățile în care volumul specific este exprimat în mod obișnuit sunt (m3/ Kg) sau (cm3/ g). Cu toate acestea, deși această proprietate nu depinde de masă, aceasta depinde de alte variabile, cum ar fi incidentele de temperatură sau de presiune asupra substanței. Acest lucru face ca un gram de substanță să ocupe un volum mai mare la temperaturi mai ridicate.

index

  • 1 Apă
  • 2 Din aer
  • 3 abur
  • 4 Din azot
  • 5 Din gazul ideal
  • 6 Referințe

Din apă

În prima imagine puteți vedea o picătură de apă care urmează să se amestece cu suprafața lichidului. Deoarece, desigur, este o substanță, masa ocupă volumul ca oricare alta. Acest volum macroscopic este produsul volumului și interacțiunilor moleculelor sale.

Molecula de apă are o formulă chimică H2Sau, cu o masă moleculară de aproximativ 18g / mol. Densitățile pe care le prezintă depind, de asemenea, de temperatură, iar la o macroscală se consideră că distribuția moleculelor sale este cât mai omogenă posibil.

Cu valorile densității ρ la o temperatură T, pentru a calcula volumul specific al apei lichide, este suficient să se aplice următoarea formulă:

v = (1 / p)

Se calculează prin determinarea experimentală a densității apei prin intermediul unui piknometru și apoi prin efectuarea calculului matematic. Deoarece moleculele fiecărei substanțe sunt diferite unul de celălalt, se va produce și volumul specific rezultat.

Dacă densitatea apei pe o gamă largă de temperaturi este de 0,997 kg / m3, volumul său specific este de 1.003 m3/ kg.

Din aer

Aerul este un amestec gazos omogen, compus în principal din azot (78%), urmat de oxigen (21%) și, în final, de alte gaze ale atmosferei Pământului. Densitatea sa este o expresie macroscopică a întregului amestec de molecule, care nu interacționează eficient și nu se propagă în toate direcțiile.

Deoarece se presupune că substanța este continuă, propagarea acesteia într-un container nu modifică compoziția sa. Din nou, prin măsurarea densității în condițiile descrise de temperatură și presiune, se poate determina care volum ocupă 1 g de aer.

Deoarece volumul specific este 1 / ρ, iar ρ este mai mic decât cel al apei, volumul său specific este mai mare.

Explicația acestui fapt se bazează pe interacțiunile moleculare ale apei față de aer; Acesta din urmă, chiar și în cazul umidității, nu se condensează decât dacă este supus temperaturilor foarte scăzute și presiunilor mari.

abur

În aceleași condiții, un gram de vapori va ocupa un volum mai mare decât cel al unui gram de aer? Aerul este mai dens decât apa în fază gazoasă, deoarece este un amestec de gaze menționat mai sus, spre deosebire de moleculele de apă.

Deoarece volumul specific este inversul densității, un gram de vapori ocupă mai mult volum (este mai puțin dens) decât un gram de aer.

Proprietățile fizice ale aburului ca lichid sunt indispensabile în multe procese industriale: schimbătoare de căldură în interior, pentru a crește umiditatea, mașini curate, printre altele.

Există multe variabile care trebuie luate în considerare atunci când se manipulează cantități mari de abur în industrie, în special în ceea ce privește mecanica fluidelor.

De azot

Ca și restul gazelor, densitatea lor depinde considerabil de presiune (spre deosebire de solide și lichide) și de temperatură. Astfel, valorile pentru volumul lor specific variază în funcție de aceste variabile. Prin urmare, necesitatea de a determina volumul său specific pentru a exprima sistemul în termeni de proprietăți intensive.

Fără valori experimentale, prin raționamentul molecular, este dificil să se compare densitatea azotului cu cea a altor gaze. Molecula de azot este liniară (N≡N), iar cea a apei este unghiulară.

Ca o "linie" ocupă mai puțin volum decât un "bumerang", Se poate aștepta ca prin definirea densității (m / V) azotul să fie mai dens decât apa. Folosind o densitate de 1,2506 kg / m3, volumul specific pentru condițiile în care a fost măsurată această valoare este de 0,7996 m3/ Kg; este pur și simplu reciprocă (1 / ρ).

Din gazul ideal

Gazul ideal este unul care respectă ecuația:

P = nRT / V

Se poate observa că ecuația nu consideră nici o variabilă ca structură sau volum molecular; nici nu ia în considerare modul în care moleculele de gaz interacționează unul cu altul într-un spațiu definit de sistem.

Într-o gamă limitată de temperaturi și presiuni, toate gazele "se comportă" egale; din acest motiv este valabil într-o oarecare măsură să presupunem că ele respectă ecuația gazelor ideale. Astfel, din această ecuație pot fi determinate mai multe proprietăți ale gazelor, printre care volumul specific.

Pentru a le clarifica, este necesar să exprimăm ecuația în termeni de variabile de densitate: masă și volum. Nivelele sunt reprezentate de n, iar acestea sunt rezultatul împărțirii masei gazului cu masa moleculară (m / M).

Având masa variabilă m în ecuație, dacă este împărțită în funcție de volum, densitatea poate fi obținută; de aici este suficient să se clarifice densitatea și apoi să se "îndoiască" ambele părți ale ecuației. Prin aceasta, volumul specific este determinat în cele din urmă.

Imaginea inferioară ilustrează fiecare dintre pașii pentru a ajunge la expresia finală a volumului specific al unui gaz ideal.

referințe

  1. Wikipedia. (2018). Volum specific. Luată de la: en.wikipedia.org
  2. Study.com. (21 august 2017). Ce este volumul specific? - Definiție, formulă și unități luate din: study.com
  3. NASA. (05 mai 2015). Volum specific. Luată de la: grc.nasa.gov
  4. Michael J. Moran & Howard N. Shapiro. (2004). Bazele termodinamicii tehnice. (Ediția a 2-a). Editorial Reverte, pagina 13.
  5. Tema 1: Concepte de termodinamică. [PDF]. Luat de la: 4.tecnun.es
  6. TLV. (2018). Aplicații principale pentru abur. Luat de la: tlv.com