Cos'è il volume specifico?
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Volume specifico è definito come il numero di metri cubi occupati da un chilogrammo di materia. È il rapporto tra il volume di un materiale e la sua massa, che è lo stesso del reciproco della sua densità. In altre parole, il volume specifico è inversamente proporzionale alla densità. Il volume specifico può essere calcolato o misurato per qualsiasi stato della materia, ma viene spesso utilizzato nei calcoli che coinvolgono i gas.
L'unità standard per volume specifico è di metri cubi per chilogrammo (m3/ kg), sebbene possa essere espresso in termini di millilitri per grammo (ml / g) o piedi cubi per libbra (ft3/libbre).
Intrinseco e Intensivo
La parte "specifica" del volume specifico significa che è espressa in termini di massa unitaria. È un proprietà intrinseca della materia, il che significa che non dipende dalla dimensione del campione. Allo stesso modo, il volume specifico è un proprietà intensiva della materia che non è influenzata dalla quantità di una sostanza esistente o da dove è stata campionata.
Formule di volume specifiche
Esistono tre formule comuni utilizzate per calcolare il volume specifico (ν):
- ν = V / m dove V è volume e m è massa
- ν = 1 / ρ = ρ-1 dove ρ è densità
- ν = RT / PM = RT / P dove R è la costante di gas ideale, T è temperatura, P è pressione e M è molarità
La seconda equazione di solito viene applicata a liquidi e solidi perché sono relativamente incomprimibili. L'equazione può essere usata quando si tratta di gas, ma la densità di un gas (e il suo volume specifico) può cambiare drasticamente con un leggero aumento o diminuzione della temperatura.
La terza equazione si applica solo ai gas ideali o ai gas reali a temperatura e temperature relativamente basse che si avvicinano ai gas ideali.
Tabella dei valori di volume specifici comuni
Ingegneri e scienziati in genere si riferiscono a tabelle con valori di volume specifici. Questi valori rappresentativi sono per temperatura e pressione standard (STP), che è una temperatura di 0 ° C (273,15 K, 32 ° F) e una pressione di 1 atm.
| Sostanza | Densità | Volume specifico |
|---|---|---|
| (Kg / m3) | (m3/kg) | |
| Aria | 1.225 | 0,78 |
| Ghiaccio | 916,7 | 0,00,109 mila |
| Acqua (liquido) | 1000 | 0.00100 |
| Acqua salata | 1030 | 0,00,097 mila |
| Mercurio | 13546 | 0,00007 |
| R-22 * | 3.66 | 0,273 |
| Ammoniaca | 0,769 | 1.30 |
| Diossido di carbonio | 1.977 | 0,506 |
| Cloro | 2.994 | 0,334 |
| Idrogeno | 0,0899 | 11.12 |
| Metano | 0.717 | 1.39 |
| Azoto | 1.25 | 0,799 |
| Vapore* | 0,804 | 1.24 |
Le sostanze contrassegnate con un asterisco (*) non sono in STP.
Poiché i materiali non sono sempre in condizioni standard, ci sono anche tabelle per i materiali che elencano valori di volume specifici in un intervallo di temperature e pressioni. Puoi trovare tabelle dettagliate per aria e vapore.
Usi di volume specifico
Il volume specifico viene spesso utilizzato in ingegneria e nei calcoli termodinamici per la fisica e la chimica. È usato per fare previsioni sul comportamento dei gas quando cambiano le condizioni.
Considera una camera ermetica contenente un determinato numero di molecole:
- Se la camera si espande mentre il numero di molecole rimane costante, la densità del gas diminuisce e aumenta il volume specifico.
- Se la camera si contrae mentre il numero di molecole rimane costante, la densità del gas aumenta e il volume specifico diminuisce.
- Se il volume della camera viene mantenuto costante mentre alcune molecole vengono rimosse, la densità diminuisce e aumenta il volume specifico.
- Se il volume della camera viene mantenuto costante mentre vengono aggiunte nuove molecole, la densità aumenta e il volume specifico diminuisce.
- Se la densità raddoppia, il suo volume specifico viene dimezzato.
- Se il volume specifico raddoppia, la densità viene dimezzata.
Volume specifico e gravità specifica
Se sono noti i volumi specifici di due sostanze, queste informazioni possono essere utilizzate per calcolare e confrontare le loro densità. Il confronto della densità produce valori di gravità specifici. Un'applicazione di gravità specifica è prevedere se una sostanza galleggerà o affonderà quando verrà posizionata su un'altra sostanza.
Ad esempio, se la sostanza A ha un volume specifico di 0,358 cm3/ ge la sostanza B ha un volume specifico di 0,374 cm3/ g, prendendo l'inverso di ciascun valore produrrà la densità. Pertanto, la densità di A è 2,79 g / cm3 e la densità di B è 2,67 g / cm3. Il peso specifico, confrontando la densità di A con B è 1,04 o il peso specifico di B rispetto ad A è 0,95. A è più denso di B, quindi A affonderebbe in B o B fluttuerebbe su A.
Esempio di calcolo
La pressione di un campione di vapore è nota per essere 2500 lbf / in2 ad una temperatura di 1960 Rankine. Se la costante del gas è 0,596 qual è il volume specifico del vapore?
ν = RT / P
ν = (0,596) (1960) / (2500) = 0,467 pollici3/libbre
fonti
- Moran, Michael (2014). Fondamenti di termodinamica ingegneristica, 8 Ed. Wiley. ISBN 978-1118412930.
- Silverthorn, Dee (2016). Fisiologia umana: un approccio integrato. Pearson. ISBN 978-0-321-55980-7.
- Walker, Jear (2010) l. Fundamentals of Physics, 9th Ed. Halliday. ISBN 978-0470469088 .
