Ορισμός ειδικού τόμου και παραδείγματα
Συγκεκριμένος τόμος είναι μια φυσική ιδιότητα μιας ουσίας που είναι η αναλογία του όγκου της προς τη μάζα της. Αυτό είναι το ίδιο με το αντίστροφο της πυκνότητάς του. Με άλλα λόγια, ο συγκεκριμένος όγκος είναι αντιστρόφως ανάλογος της πυκνότητας. Ο συγκεκριμένος όγκος ισχύει για όλες τις καταστάσεις ή την ύλη, αλλά βρίσκει πρακτική εφαρμογή για υπολογισμούς που αφορούν αέρια.
Η μονάδα SI για συγκεκριμένο όγκο είναι κυβικά μέτρα ανά κιλό (m/kg). Ωστόσο, μπορεί να εκφράζεται σε άλλες μονάδες όγκου ανά μάζα, συμπεριλαμβανομένων των χιλιοστόλιτρων ανά γραμμάριο (mL/g) ή κυβικών ποδιών ανά λίβρα (ft/lb).
Συγκεκριμένοι τύποι όγκου
Υπάρχουν τρεις συνήθεις τύποι ειδικών τόμων:
- ν =V / m όπου V είναι όγκος και m είναι μάζα
- ν =1 /ρ =ρ όπου ρ είναι η πυκνότητα
- ν =RT / PM όπου R είναι η ιδανική σταθερά αερίου, T είναι θερμοκρασία, P είναι πίεση και M είναι μοριακή μάζα
Η πρώτη εξίσωση ισχύει για όλες τις καταστάσεις της ύλης.
Η δεύτερη εξίσωση αναφέρεται κυρίως σε αέρια και υγρά, καθώς είναι σχετικά ασυμπίεστα, επομένως η πυκνότητά τους δεν εξαρτάται πολύ από τη θερμοκρασία ή την πίεση.
Η τρίτη εξίσωση ισχύει για ιδανικά αέρια ή για κατά προσέγγιση συμπεριφορά πραγματικών αερίων σε χαμηλές θερμοκρασίες και πιέσεις.
Ο συγκεκριμένος όγκος είναι εγγενής και εντατικός
Επειδή ο συγκεκριμένος όγκος είναι ανά μονάδα μάζας, η τιμή του δεν εξαρτάται από το μέγεθος του δείγματος. Επομένως, είναι μια εγγενής και εντατική ιδιότητα της ύλης. Οι συγκεκριμένες τιμές όγκου είναι οι ίδιες, ανεξάρτητα από το πού κάνετε δείγμα μιας ουσίας.
Παράδειγμα υπολογισμών
Έχετε 5 κιλά αέρα σε μια δεξαμενή 0,037 m. Ποιος είναι ο συγκεκριμένος όγκος του αέρα;
ν =V / m
ν =0,037 m / 5 kg =0,0074 m/kg
Η πυκνότητα του αργύρου είναι 10,49 g/cm. Ποιος είναι ο συγκεκριμένος όγκος του;
ν =1 /ρ
ν =1 /(10,49 g/cm ) =0,095 cm/g
Πίνακας ειδικών τιμών όγκου
Οι πίνακες παραθέτουν συγκεκριμένες τιμές όγκου, συνήθως σε συνδυασμό με τιμές πυκνότητας. Τις περισσότερες φορές, οι τιμές είναι σε τυπική θερμοκρασία και πίεση (STP), που είναι 0 °C (273,15 K, 32 °F) και 1 atm.
| Ουσία | Πυκνότητα | Συγκεκριμένος όγκος |
|---|---|---|
| (kg/m) | (m/kg) | |
| Αέρας | 1.225 | 0,78 |
| Πάγος | 916,7 | 0,00109 |
| Νερό (υγρό) | 1000 | 0,00100 |
| Αλμυρό νερό | 1030 | 0,00097 |
| Ερμής | 13546 | 0,00007 |
| R-22* | 3,66 | 0,273 |
| Αμμωνία | 0,769 | 1,30 |
| Διοξείδιο του άνθρακα | 1.977 | 0,506 |
| Χλώριο | 2.994 | 0,334 |
| Υδρογόνο | 0,0899 | 11.12 |
| Μεθάνιο | 0,717 | 1,39 |
| Άζωτο | 1,25 | 0,799 |
| Steam* | 0,804 | 1.24 |
Υπάρχουν πιο εκτενείς πίνακες για μια ποικιλία τιμών θερμοκρασίας και πίεσης για ψυκτικά μέσα, αέρα και ατμό.
Συγκεκριμένες χρήσεις τόμου
Ο συγκεκριμένος όγκος βρίσκει χρήση στη μηχανική, τη χημεία και τη φυσική. Αν και η έννοια ισχύει για οποιαδήποτε κατάσταση της ύλης, συνήθως χρησιμοποιείται για να κάνει προβλέψεις σχετικά με τη συμπεριφορά των αερίων υπό μεταβαλλόμενες συνθήκες. Ισχύει για υπολογισμούς όγκου, μοριακού όγκου και μερικού μοριακού όγκου.
Για παράδειγμα, σκεφτείτε έναν σφραγισμένο θάλαμο που περιέχει έναν σταθερό αριθμό μορίων αερίου:
- Αν η πυκνότητα του αερίου διπλασιαστεί, ο ειδικός όγκος του μειώνεται στο μισό.
- Εάν ο συγκεκριμένος όγκος διπλασιαστεί, η πυκνότητα μειώνεται στο μισό.
- Εάν ο θάλαμος διαστέλλεται (αυξάνει τον όγκο) ενώ ο αριθμός των μορίων παραμένει σταθερός, η πυκνότητα του αερίου μειώνεται και ο ειδικός όγκος αυξάνεται.
- Εάν ο θάλαμος συστέλλεται (μειώνεται ο όγκος) ενώ ο αριθμός των μορίων παραμένει σταθερός, η πυκνότητα του αερίου αυξάνεται και ο ειδικός όγκος μειώνεται.
- Αν αφαιρεθούν ορισμένα μόρια αλλά ο όγκος παραμένει σταθερός, η πυκνότητα μειώνεται και ο συγκεκριμένος όγκος αυξάνεται.
- Εάν προστεθούν μερικά μόρια αλλά ο όγκος παραμένει σταθερός, η πυκνότητα αυξάνεται και ο συγκεκριμένος όγκος μειώνεται.
Ειδικός όγκος έναντι ειδικού βάρους
Το ειδικό βάρος είναι η αναλογία μεταξύ της πυκνότητας μιας ουσίας προς την πυκνότητα μιας άλλης ουσίας. Δεδομένου ότι ο συγκεκριμένος όγκος είναι το αντίστροφο της πυκνότητας, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον προσδιορισμό του ειδικού βάρους.
Για παράδειγμα, το ειδικό βάρος προβλέπει εάν μια ουσία θα επιπλέει ή θα βυθιστεί σε μια άλλη ουσία. Εάν η ουσία Α έχει ειδικό όγκο 0,358 cm/g και η ουσία Β έχει ειδικό όγκο 0,374 cm/g, λαμβάνοντας το αντίστροφο κάθε τιμής προκύπτει πυκνότητα. Άρα, η πυκνότητα του Α είναι 2,79 g/cm και η πυκνότητα του Β είναι 2,67 g/cm. Το ειδικό βάρος, συγκρίνοντας την πυκνότητα του Α προς το Β είναι 1,04 ή το ειδικό βάρος του Β σε σύγκριση με το Α είναι 0,95. Το Α είναι πιο πυκνό από το Β, επομένως το Α βυθίζεται στο Β ή το Β επιπλέει στο Α.
Αναφορές
- Moran, Michael (2014). Βασικές αρχές της Τεχνικής Θερμοδυναμικής , 8η Έκδ. Wiley. ISBN 978-1118412930.
- Silverthorn, Dee (2016). Φυσιολογία του ανθρώπου:Μια ολοκληρωμένη προσέγγιση . Pearson. ISBN 978-0-321-55980-7.
- Walker, Jear (2010). Βασικές αρχές της Φυσικής (9η έκδ.). Χάλιντεϊ. ISBN 978-0470469088.
