Was ist das spezifische Volumen?
Share
Bestimmtes Volumen ist definiert als die Anzahl Kubikmeter, die ein Kilogramm Materie einnimmt. Es ist das Verhältnis des Volumens eines Materials zu seiner Masse, das dem Kehrwert seiner Dichte entspricht. Mit anderen Worten ist das spezifische Volumen umgekehrt proportional zur Dichte. Das spezifische Volumen kann für jeden Aggregatzustand berechnet oder gemessen werden, wird jedoch am häufigsten für Berechnungen mit Gasen verwendet.
Die Standardeinheit für das spezifische Volumen ist Kubikmeter pro Kilogramm (m3/ kg), obwohl dies in Millilitern pro Gramm (ml / g) oder Kubikfuß pro Pfund (ft) ausgedrückt werden kann3/Pfund).
Eigen und intensiv
Der "spezifische" Teil eines bestimmten Volumens bedeutet, dass er in Masseeinheiten ausgedrückt wird. Es ist ein intrinsisches Eigentum von Materie, was bedeutet, dass es nicht von der Stichprobengröße abhängt. Ebenso ist das spezifische Volumen ein intensive Eigenschaft von Materie, die nicht davon betroffen ist, wie viel von einer Substanz vorhanden ist oder wo sie entnommen wurde.
Spezifische Volumenformeln
Es gibt drei gebräuchliche Formeln zur Berechnung des spezifischen Volumens (ν):
- ν = V / m wobei V Volumen und m Masse ist
- ν = 1 / ρ = ρ-1 wo ρ Dichte ist
- ν = RT / PM = RT / P wobei R die ideale Gaskonstante ist, T die Temperatur ist, P der Druck ist und M die Molarität ist
Die zweite Gleichung wird normalerweise auf Flüssigkeiten und Feststoffe angewendet, da diese relativ inkompressibel sind. Die Gleichung kann verwendet werden, wenn es um Gase geht, aber die Dichte eines Gases (und sein spezifisches Volumen) kann sich bei einem leichten Anstieg oder Abfall der Temperatur dramatisch ändern.
Die dritte Gleichung gilt nur für ideale Gase oder für reale Gase bei relativ niedrigen Temperaturen und Drücken, die ungefähr idealen Gasen entsprechen.
Tabelle allgemeiner spezifischer Volumenwerte
Ingenieure und Wissenschaftler beziehen sich normalerweise auf Tabellen mit bestimmten Volumenwerten. Diese repräsentativen Werte gelten für Standardtemperatur und -druck (STP), dh eine Temperatur von 0 ° C (273,15 K) und einen Druck von 1 atm.
| Substanz | Dichte | Bestimmtes Volumen |
|---|---|---|
| (kg / m3) | (m3/kg) | |
| Luft | 1,225 | 0,78 |
| Eis | 916,7 | 0,00109 |
| Wasser (flüssig) | 1000 | 0,00100 |
| Salzwasser | 1030 | 0,00097 |
| Merkur | 13546 | 0,00007 |
| R-22 * | 3,66 | 0,273 |
| Ammoniak | 0,769 | 1,30 |
| Kohlendioxid | 1,977 | 0,506 |
| Chlor | 2.994 | 0,334 |
| Wasserstoff | 0,0899 | 11.12 |
| Methan | 0,717 | 1,39 |
| Stickstoff | 1,25 | 0,799 |
| Dampf* | 0,804 | 1.24 |
Substanzen, die mit einem Stern (*) gekennzeichnet sind, haben keine STP.
Da Materialien nicht immer unter Standardbedingungen hergestellt werden, gibt es auch Tabellen für Materialien, in denen bestimmte Volumenwerte für einen Bereich von Temperaturen und Drücken aufgeführt sind. Hier finden Sie detaillierte Tabellen für Luft und Dampf.
Gebrauch des spezifischen Volumens
Spezifisches Volumen wird am häufigsten in der Technik und in thermodynamischen Berechnungen für Physik und Chemie verwendet. Es wird verwendet, um Vorhersagen über das Verhalten von Gasen bei sich ändernden Bedingungen zu treffen.
Stellen Sie sich eine luftdichte Kammer vor, die eine festgelegte Anzahl von Molekülen enthält:
- Wenn sich die Kammer ausdehnt, während die Anzahl der Moleküle konstant bleibt, nimmt die Gasdichte ab und das spezifische Volumen nimmt zu.
- Wenn sich die Kammer zusammenzieht, während die Anzahl der Moleküle konstant bleibt, nimmt die Gasdichte zu und das spezifische Volumen ab.
- Wenn das Volumen der Kammer konstant gehalten wird, während einige Moleküle entfernt werden, nimmt die Dichte ab und das spezifische Volumen nimmt zu.
- Wenn das Volumen der Kammer konstant gehalten wird, während neue Moleküle hinzugefügt werden, nimmt die Dichte zu und das spezifische Volumen ab.
- Verdoppelt sich die Dichte, halbiert sich das spezifische Volumen.
- Wenn sich das spezifische Volumen verdoppelt, wird die Dichte halbiert.
Spezifisches Volumen und spezifisches Gewicht
Wenn die spezifischen Volumina von zwei Substanzen bekannt sind, können diese Informationen verwendet werden, um ihre Dichten zu berechnen und zu vergleichen. Der Vergleich der Dichte ergibt Werte des spezifischen Gewichts. Eine Anwendung des spezifischen Gewichts besteht darin, vorherzusagen, ob eine Substanz schwimmt oder sinkt, wenn sie auf eine andere Substanz gegeben wird.
Zum Beispiel, wenn Stoff A ein spezifisches Volumen von 0,358 cm hat3/ g und Substanz B hat ein spezifisches Volumen von 0,374 cm3/ g, wobei die Umkehrung jedes Wertes genommen wird, ergibt die Dichte. Somit beträgt die Dichte von A 2,79 g / cm3 und die Dichte von B beträgt 2,67 g / cm3. Das spezifische Gewicht im Vergleich der Dichte von A zu B beträgt 1,04 oder das spezifische Gewicht von B im Vergleich zu A beträgt 0,95. A ist dichter als B, also würde A in B versinken oder B würde auf A schweben.
Beispielberechnung
Es ist bekannt, dass der Druck einer Dampfprobe 2500 lbf / in beträgt2 bei einer Temperatur von 1960 Rankine. Wenn die Gaskonstante 0,596 ist, wie groß ist das spezifische Dampfvolumen??
ν = RT / P
ν = (0,596) (1960) / (2500) = 0,467 in3/Pfund
Quellen
- Moran, Michael (2014). Grundlagen der technischen Thermodynamik, 8th Ed. Wiley. ISBN 978-1118412930.
- Silverthorn, Dee (2016). Humanphysiologie: Ein integrierter Ansatz. Pearson. ISBN 978-0-321-55980-7.
- Walker, Jear (2010) l. Grundlagen der Physik, 9. Aufl. Halliday. ISBN 978-0470469088 .
