Удельный объем

В термодинамике удельный объем вещества (символ: $ν$ , nu ) равен отношению объема вещества ( $V$ ) к его массе ( m $)$ :

\nu = {\frac {V}{m}}

Это внутреннее свойство вещества, зависящее от массы . Это обратная величина плотности $ρ$ ( rho ), а также она связана с молярным объемом и молярной массой :

\nu =\rho ^{-1}={\frac {\tilde {V}}{M}}

Стандартная единица измерения удельного объема — кубические метры на килограмм (м ³ /кг), но другие единицы включают фут ³ /фунт, фут ³ /слаг или мл/г. ^[1]

Удельный объем идеального газа связан с молярной газовой постоянной ( $R ), а также$ температурой газа ( $T$ ), давлением ( $P$ ) и молярной массой ( $M$ ):

\nu = {\frac {RT}{PM}}

Он основан на законе идеального газа , и количестве вещества , $PV={nRT}$ ${\textstyle n=м/М}$

Приложения

Удельный объем обычно применяется к:

Представьте себе герметичную камеру переменного объема, содержащую определенное количество атомов кислорода. Рассмотрим следующие четыре примера:

Если уменьшить камеру, не допуская при этом поступления или выхода газа, плотность увеличится, а удельный объем уменьшится.
Если камера расширяется, не впуская и не выпуская газ, плотность уменьшается, а удельный объем увеличивается.
Если размер камеры остается постоянным и впрыскиваются новые атомы газа, плотность увеличивается, а удельный объем уменьшается.
Если размер камеры остается постоянным и некоторые атомы удаляются, плотность уменьшается, а удельный объем увеличивается.

Удельный объем — свойство материалов, определяемое как количество кубических метров, занимаемых одним килограммом определенного вещества. Стандартной единицей является кубический метр на килограмм (м ³ /кг или м ³ ·кг ⁻¹ ).

Иногда удельный объем выражается через количество кубических сантиметров, занимаемых одним граммом вещества. В этом случае единицей является кубический сантиметр на грамм (см3 ^/ г или см3 ^· г ⁻¹ ). Чтобы перевести м3 ^/ кг в см3 ^/ г, умножьте на 1000; и наоборот, умножьте на 0,001.

Удельный объем обратно пропорционален плотности. Если плотность вещества удваивается, его удельный объем, выраженный в тех же основных единицах, уменьшается вдвое. Если плотность падает до 1/10 своего прежнего значения, удельный объем, выраженный в тех же основных единицах, увеличивается в 10 раз.

Плотность газов изменяется даже при небольших изменениях температуры, в то время как плотность жидкостей и твердых тел, которые обычно считаются несжимаемыми, будет изменяться очень мало. Удельный объем является обратной величиной плотности вещества; поэтому необходимо тщательно продумать ситуацию, когда речь идет о газах. Небольшие изменения температуры будут иметь заметное влияние на удельные объемы.

Средняя плотность человеческой крови составляет 1060 кг/м ³ . Удельный объем, который коррелирует с этой плотностью, составляет 0,00094 м ³ /кг. Обратите внимание, что средний удельный объем крови почти идентичен удельному объему воды: 0,00100 м ³ /кг. ^[2]

Примеры применения

Если кто-то пытается определить удельный объем идеального газа, например, перегретого пара, используя уравнение ν = RT / P , где давление равно 2500 фунт-сил/дюйм ² , R равно 0,596, температура равна1960 °R . В этом случае удельный объем будет равен 0,4672 дюйма ³ /фунт. Однако если температура изменится на1160 °R , удельный объем перегретого пара изменился бы до 0,2765 дюйм3 ^/ фунт, что составляет общее изменение на 59%.

Знание удельных объемов двух или более веществ позволяет найти полезную информацию для определенных приложений. Для вещества X с удельным объемом 0,657 см ³ /г и вещества Y с удельным объемом 0,374 см ³ /г плотность каждого вещества можно найти, взяв обратную величину удельного объема; таким образом, вещество X имеет плотность 1,522 г/см ³ , а вещество Y имеет плотность 2,673 г/см ³ . Имея эту информацию, можно найти удельные веса каждого вещества относительно друг друга. Удельный вес вещества X относительно Y составляет 0,569, в то время как удельный вес Y относительно X составляет 1,756. Следовательно, вещество X не утонет, если его поместить на Y. ^[3]

Удельный объем растворов

Удельный объем неидеального раствора равен сумме парциальных удельных объемов компонентов:

\nu ={\frac {1}{\rho }}={\frac {\tilde {V}}{M}}=\sum _{i}w_{i}\cdot {\bar {\nu _{i}}}

M — молярная масса смеси. Ее можно использовать вместо объема, так как это интенсивное свойство, связанное с системой.

Таблица общих удельных объемов

В таблице ниже показаны плотности и удельные объемы для различных распространенных веществ, которые могут быть полезны. Значения были записаны при стандартной температуре и давлении, которые определяются как воздух при 0 °C (273,15 K, 32 °F) и 1 атм (101,325 кН/м ² , 101,325 кПа, 14,7 фунтов на квадратный дюйм абс., 0 фунтов на квадратный дюйм изб., 30 дюймов рт. ст., 760 торр). ^[4]

* значения не получены при стандартной температуре и давлении

Ссылки

^ Моран, Майкл (7 декабря 2010 г.). Основы инженерной термодинамики . Wiley. ISBN 978-0-470-49590-2.
^ Silverthorn, Dee (2010). Физиология человека . Pearson. ISBN 978-0-321-55980-7.
^ Уокер, Джерл (6 апреля 2007 г.). Основы физики . Холлидей. ISBN 978-0-470-04472-8.
^ "Engineering Tool Box" . Получено 14 апреля 2013 г. .