Specifiek volume water, lucht, damp, stikstof en ideaal gas

de specifiek volume het is een intensieve eigenschap van elk element of materiaal. Het wordt mathematisch gedefinieerd als de relatie tussen het volume dat wordt ingenomen door een bepaalde hoeveelheid materie (een kilogram of een gram); met andere woorden, het is de reciproke van de dichtheid.

De dichtheid geeft aan hoeveel 1 ml materie weegt (vloeibaar, vast, gasvormig of een homogeen of heterogeen mengsel), terwijl het specifieke volume verwijst naar het volume dat 1 g (of 1 kg) ervan in beslag neemt. Door de dichtheid van een stof te kennen, is het voldoende om het reciproke te berekenen om het specifieke volume te bepalen.

Waar verwijst het woord 'specifiek' naar? Wanneer enige eigenschap specifiek is, betekent dit dat deze wordt uitgedrukt als een functie van de massa, die de transformatie van een uitgebreide eigenschap (die afhangt van de massa) naar een intensieve eigenschap toestaat (continu in alle punten van het systeem)..

De eenheden waarin het specifieke volume gewoonlijk wordt uitgedrukt, zijn (m³/ Kg) of (cm³/ g). Hoewel deze eigenschap niet afhankelijk is van de massa, hangt deze wel af van andere variabelen, zoals temperatuur- of drukincidenten op de stof. Hierdoor neemt een gram stof meer volume in bij hogere temperaturen.

index

• 1 Water
• 2 Vanuit de lucht
• 3 Stoom
• 4 Van stikstof
• 5 Van het ideale gas
• 6 Referenties

Van het water

In de eerste afbeelding ziet u een druppel water die zich gaat vermengen met het oppervlak van de vloeistof. Omdat het natuurlijk een substantie is, neemt zijn massa volume in zoals elk ander. Dit macroscopische volume is een product van het volume en de interacties van zijn moleculen.

Het watermolecuul heeft een chemische formule H₂Of, met een molecuulmassa van ongeveer 18 g / mol. De dichtheden die het bevat zijn ook afhankelijk van de temperatuur en op een macroschaal wordt ervan uitgegaan dat de verdeling van de moleculen zo homogeen mogelijk is.

Met de waarden van dichtheid ρ bij een temperatuur T is het voldoende om de volgende formule toe te passen om het specifieke volume vloeibaar water te berekenen:

v = (1 / ρ)

Het wordt berekend door de dichtheid van het water experimenteel te bepalen met behulp van een pyknometer en vervolgens de wiskundige berekening uit te voeren. Omdat de moleculen van elke stof van elkaar verschillen, neemt ook het resulterende specifieke volume toe.

Als de dichtheid van water over een breed temperatuurbereik 0,997 kg / m is³, het specifieke volume is 1.003 m³/ kg.

Vanuit de lucht

De lucht is een homogeen gasmengsel, voornamelijk samengesteld uit stikstof (78%), gevolgd door zuurstof (21%) en tenslotte door andere gassen in de atmosfeer van de aarde. De dichtheid ervan is een macroscopische uitdrukking van al dat mengsel van moleculen, die niet efficiënt interageren en zich in alle richtingen voortplanten.

Omdat wordt aangenomen dat de stof continu is, wijzigt de voortplanting ervan in een container de samenstelling niet. Nogmaals, door het meten van de dichtheid bij de beschreven omstandigheden van temperatuur en druk, kan worden bepaald welk volume 1 g lucht inneemt.

Aangezien het specifieke volume 1 / ρ is en de ρ is kleiner dan die van water, is het specifieke volume groter.

De verklaring voor dit feit is gebaseerd op de moleculaire interacties van water versus luchtinteracties; de laatste, zelfs in het geval van vocht, condenseert niet tenzij onderworpen aan zeer koude temperaturen en hoge drukken.

stoom

Onder dezelfde omstandigheden bezet een gram stoom een ​​volume dat groter is dan dat van een gram lucht? De lucht is dichter in de gasfase dan water, omdat het een mengsel is van gassen zoals hierboven genoemd, in tegenstelling tot watermoleculen.

Aangezien het specifieke volume de inverse is van de dichtheid, neemt één gram damp meer volume in (het is minder dicht) dan één gram lucht.

De fysische eigenschappen van stoom als vloeistof zijn onmisbaar in vele industriële processen: in de warmtewisselaars, om de luchtvochtigheid te verhogen, schone machines, oa meer.

Er zijn veel variabelen waarmee rekening moet worden gehouden bij het verwerken van grote hoeveelheden stoom in de industrie, vooral met betrekking tot de werking van vloeistoffen..

Van stikstof

Net als de rest van de gassen, hangt hun dichtheid aanzienlijk af van de druk (in tegenstelling tot vaste stoffen en vloeistoffen) en van de temperatuur. Dus de waarden voor hun specifieke volume variëren volgens deze variabelen. Vanaf hier ontstaat de behoefte om het specifieke volume te bepalen om het systeem uit te drukken in termen van intensieve eigenschappen.

Zonder experimentele waarden, door moleculair redeneren, is het moeilijk om de dichtheid van stikstof te vergelijken met die van andere gassen. Het stikstofmolecuul is lineair (N≡N) en het watermolecuul is hoekig.

Omdat een "regel" minder volume inneemt dan een "boemerang", Dan kan worden verwacht dat door de definitie van dichtheid (m / V) de stikstof dichter is dan water. Met een dichtheid van 1.2506 Kg / m³, het specifieke volume voor de omstandigheden waarin deze waarde werd gemeten, is 0,7996 m³/ Kg; het is gewoon het reciproke (1 / ρ).

Van het ideale gas

Het ideale gas is er een die de vergelijking volgt:

P = nRT / V

Men kan waarnemen dat de vergelijking geen enkele variabele als structuur of moleculair volume beschouwt; evenmin wordt nagegaan hoe gasmoleculen met elkaar interageren in een ruimte die door het systeem wordt gedefinieerd.

In een beperkt bereik van temperaturen en druk, "gedragen" alle gassen zich gelijk; om deze reden is het in zekere mate valide om aan te nemen dat ze de vergelijking van ideale gassen gehoorzamen. Aldus kunnen uit deze vergelijking verschillende eigenschappen van de gassen worden bepaald, waaronder het specifieke volume.

Om het op te ruimen, is het nodig om de vergelijking uit te drukken in termen van dichtheidsvariabelen: massa en volume. De mollen worden voorgesteld door n, en deze zijn het resultaat van het verdelen van de massa van het gas door zijn molecuulmassa (m / M).

Als de variabele massa m in de vergelijking is, als deze wordt gedeeld door het volume, kan de dichtheid worden verkregen; vanaf hier is het voldoende om de dichtheid te wissen en vervolgens beide zijden van de vergelijking "om te keren". Door dit te doen, wordt het specifieke volume uiteindelijk bepaald.

Het onderste beeld illustreert elk van de stappen om de uiteindelijke uitdrukking van het specifieke volume van een ideaal gas te bereiken.

referenties

1. Wikipedia. (2018). Specifiek volume. Genomen uit: en.wikipedia.org
2. Study.com. (21 augustus 2017). Wat is specifiek volume? - Definitie, formule en eenheden Genomen vanaf: study.com
3. NASA. (05 mei 2015). Specifiek volume Genomen vanaf: grc.nasa.gov
4. Michael J. Moran en Howard N. Shapiro. (2004). Grondbeginselen van technische thermodynamica. (2e editie). Redactioneel Reverté, pagina 13.
5. Thema 1: Concepten van thermodynamica. [PDF]. Genomen vanaf: 4.tecnun.es
6. TLV. (2018). Belangrijkste toepassingen voor stoom. Genomen uit: tlv.com