Īpašais apjoms ir raksturīga intensīva īpašums katra elementa vai materiāla. To matemātiski definē kā attiecību starp tilpumu, ko aizņem noteikts vielas daudzums (kilograms vai grams); citiem vārdiem sakot, tas ir blīvuma abpusējs lielums.
Blīvums norāda, cik daudz sver 1 ml vielas (šķidra, cieta, gāzveida vai homogēna vai neviendabīga maisījuma), savukārt īpatnējais tilpums attiecas uz tilpumu, kas tajā aizņem 1 g (vai 1 kg). Tādējādi, zinot vielas blīvumu, pietiek ar abpusēja aprēķināšanu, lai noteiktu tās īpatnējo tilpumu.
Ko nozīmē vārds "specifisks"? Ja tiek apgalvots, ka kāds īpašums ir specifisks, tas nozīmē, ka tas tiek izteikts kā masas funkcija, kas ļauj to pārveidot no ekstensīvas īpašības (kas ir atkarīga no masas) par intensīvu (nepārtraukta visos sistēmas punktos).
Vienības, kurās parasti izsaka īpatnējo tilpumu, ir (m 3 / Kg) vai (cm 3 / g). Tomēr, kaut arī šī īpašība nav atkarīga no masas, tā tomēr ir atkarīga no citiem mainīgiem lielumiem, piemēram, no vielas temperatūras vai spiediena. Tas izraisa to, ka viens grams vielas augstākā temperatūrā aizņem vairāk tilpuma.
No ūdens
Pirmajā attēlā var redzēt ūdens pilienu, kas gatavojas sajaukties ar šķidruma virsmu. Tā kā tā dabiski ir viela, tās masa aizņem tilpumu tāpat kā jebkura cita. Šis makroskopiskais tilpums ir tilpuma un tā molekulu mijiedarbības produkts.
Ūdens molekulas ķīmiskā formula ir H 2 O ar molekulmasu aptuveni 18 g / mol. Tajā parādītie blīvumi ir atkarīgi arī no temperatūras, un makro mērogā tā molekulu sadalījums tiek uzskatīts par iespējami viendabīgu.
Ar blīvuma vērtībām ρ temperatūrā T, lai aprēķinātu īpatnējo šķidrā ūdens tilpumu, pietiek ar šādu formulu:
v = (1 / ρ)
To aprēķina, eksperimentāli nosakot ūdens blīvumu, izmantojot piknometru, un pēc tam veicot matemātisko aprēķinu. Tā kā katras vielas molekulas atšķiras viena no otras, tāpat arī iegūtais īpatnējais tilpums.
Ja ūdens blīvums plašā temperatūras diapazonā ir 0,997 kg / m 3 , tā īpatnējais tilpums ir 1,003 m 3 / kg.
No gaisa
Gaiss ir viendabīgs gāzveida maisījums, kas sastāv galvenokārt no slāpekļa (78%), kam seko skābeklis (21%) un, visbeidzot, citas zemes atmosfērā esošās gāzes. Tā blīvums ir visu šo molekulu maisījumu makroskopiska izpausme, kas efektīvi nedarbojas un izplatās visos virzienos.
Tā kā viela tiek uzskatīta par nepārtrauktu, tās izplatība traukā nemaina tās sastāvu. Atkal, izmērot blīvumu aprakstītajos temperatūras un spiediena apstākļos, var noteikt, kādu tilpumu aizņem 1 g gaisa.
Tā kā īpatnējais tilpums ir 1 / ρ un tā ρ ir mazāks nekā ūdenim, tad tā īpatnējais tilpums ir lielāks.
Šī fakta izskaidrojums ir balstīts uz ūdens un gaisa molekulāro mijiedarbību; pēdējais, pat mitruma gadījumā, nekondensējas, ja vien tas nav pakļauts ļoti aukstai temperatūrai un augstam spiedienam.
No tvaika
Vai tādos pašos apstākļos gramu tvaiku aizņem vairāk nekā gaisa gramu tilpums? Gāzveida fāzē gaiss ir blīvāks nekā ūdens, jo atšķirībā no ūdens molekulām tas ir iepriekš minēto gāzu maisījums.
Tā kā īpatnējais tilpums ir blīvuma apgrieztais lielums, tvaika grams aizņem vairāk tilpuma (tas ir mazāk blīvs) nekā grams gaisa.
Tvaika kā šķidruma fizikālās īpašības ir būtiskas daudzos rūpnieciskos procesos: siltummaiņu iekšpusē, lai paaugstinātu mitrumu, cita starpā iztīriet mašīnas.
Rūpniecībā apstrādājot lielu daudzumu tvaika, ir jāņem vērā daudz mainīgo lielumu, īpaši attiecībā uz šķidrumu mehāniku.
Slāpeklis
Tāpat kā pārējās gāzes, tā blīvums ir ļoti atkarīgs no spiediena (atšķirībā no cietām vielām un šķidrumiem) un temperatūras. Tādējādi tā īpašā tilpuma vērtības mainās atkarībā no šiem mainīgajiem. Tāpēc ir jānosaka tā īpašais tilpums, lai izteiktu sistēmu intensīvo īpašību izteiksmē.
Bez eksperimentālām vērtībām, izmantojot molekulāro spriešanu, ir grūti salīdzināt slāpekļa blīvumu ar citu gāzu blīvumu. Slāpekļa molekula ir lineāra (N≡N), bet ūdens - leņķiska.
Tā kā "līnija" aizņem mazāk tilpuma nekā "bumerangs", tad, definējot blīvumu (m / V), slāpeklis var būt blīvāks par ūdeni. Izmantojot blīvumu 1,2506 Kg / m 3 , īpatnējais tilpums apstākļos, kādos tika izmērīta šī vērtība, ir 0,7996 m 3 / Kg; tas ir vienkārši abpusējs (1 / ρ).
No ideālās gāzes
Ideālā gāze ir tāda, kas ievēro vienādojumu:
P = nRT / V
Var redzēt, ka vienādojums neapsver nevienu mainīgo, piemēram, molekulāro struktūru vai tilpumu; tāpat netiek ņemts vērā tas, kā gāzes molekulas mijiedarbojas savā starpā telpā, ko nosaka sistēma.
Ierobežotā temperatūru un spiediena diapazonā visas gāzes “uzvedas” vienādi; šī iemesla dēļ zināmā mērā ir pareizi pieņemt, ka viņi ievēro ideālās gāzes vienādojumu. Tādējādi no šī vienādojuma var noteikt vairākas gāzu īpašības, ieskaitot īpatnējo tilpumu.
Lai to atrisinātu, ir nepieciešams izteikt vienādojumu blīvuma mainīgo izteiksmē: masa un tilpums. Molu apzīmē ar n, un tie rodas, sadalot gāzes masu ar tās molekulmasu (m / M).
Ņemot vienādojumā mainīgo masu m, ja to dala ar tilpumu, var iegūt blīvumu; No šejienes pietiek, lai notīrītu blīvumu un pēc tam "pārlaistu" abas vienādojuma puses. To darot, beidzot tiek noteikts konkrētais tilpums.
Zemāk redzamais attēls ilustrē katru no soļiem, lai sasniegtu ideālās gāzes īpatnējā tilpuma galīgo izteiksmi.
Atsauces
- Wikipedia. (2018). Īpašais apjoms. Iegūts no: en.wikipedia.org
- Study.com. (2017. gada 21. augusts). Kas ir īpašs apjoms? - Definīcija, formula un vienības, kas ņemtas no: study.com
- POT. (2015. gada 5. maijs). Īpašais apjoms. Iegūts no: grc.nasa.gov
- Maikls J. Morāns un Hovards N. Šapiro. (2004). Tehniskās termodinamikas pamati. (2. izdevums). Redakcijas redakcija, 13. lpp.
- 1. vienība: Termodinamikas jēdzieni. . Fotografēts no: 4.tecnun.es
- TLV. (2018). Galvenie lietojumi tvaikam. Paņemts no: tlv.com