Bestimmtes Volumen ist definiert als die Anzahl der Kubikmeter, die ein Kilogramm von belegt Angelegenheit. Es ist das Verhältnis des Volumens eines Materials zu seinem Masse, das ist das gleiche wie der Kehrwert seiner Dichte. Mit anderen Worten ist das spezifische Volumen umgekehrt proportional zur Dichte. Das spezifische Volumen kann für jeden Sachverhalt berechnet oder gemessen werden, wird jedoch am häufigsten bei Berechnungen mit verwendet Gase.
Die Standardeinheit für das spezifische Volumen ist Kubikmeter pro Kilogramm (m)3/ kg), obwohl es in Millilitern pro Gramm (ml / g) oder Kubikfuß pro Pfund (ft) ausgedrückt werden kann3/lb).
Intrinsisch und intensiv
Der "spezifische" Teil eines spezifischen Volumens bedeutet, dass es als Einheitsmasse ausgedrückt wird. Es ist ein intrinsisches Eigentum der MaterieDies bedeutet, dass es nicht von der Stichprobengröße abhängt. Ebenso ist ein bestimmtes Volumen eine intensive Eigenschaft der Materie Dies wird nicht davon beeinflusst, wie viel von einem Stoff vorhanden ist oder wo er entnommen wurde.
Spezifische Volumenformeln
Es gibt drei gebräuchliche Formeln zur Berechnung des spezifischen Volumens (ν):
- ν = V / m wobei V das Volumen und m die Masse ist
- ν = 1 /ρ = ρ-1 wobei ρ die Dichte ist
- ν = RT / PM = RT / P. wo R das Ideal ist Gaskonstante, T ist Temperatur, P ist Druck und M ist die Molarität
Die zweite Gleichung wird normalerweise auf Flüssigkeiten und Feststoffe angewendet, da diese relativ inkompressibel sind. Die Gleichung kann beim Umgang mit Gasen verwendet werden, aber die Dichte des Gases (und sein spezifisches Volumen) kann sich mit einem leichten Temperaturanstieg oder -abfall dramatisch ändern.
Die dritte Gleichung gilt nur für ideale Gase oder zu realen Gasen bei relativ niedrigen Temperaturen und Drücken, die sich idealen Gasen annähern.
Tabelle der allgemeinen spezifischen Volumenwerte
Ingenieure und Wissenschaftler beziehen sich normalerweise auf Tabellen mit bestimmten Volumenwerten. Diese repräsentativen Werte gelten für Standardtemperatur und -druck (STP), was einer Temperatur von 0 ° C (273,15 K, 32 ° F) und einem Druck von 1 atm entspricht.
| 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 |
Mit einem Sternchen (*) gekennzeichnete Substanzen sind nicht bei STP.
Da Materialien nicht immer unter Standardbedingungen sind, gibt es auch Tabellen für Materialien, in denen bestimmte Volumenwerte über einen Bereich von Temperaturen und Drücken aufgeführt sind. Hier finden Sie detaillierte Tabellen für Luft und Dampf.
Verwendung des spezifischen Volumens
Das spezifische 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 zu treffen, wenn sich die Bedingungen ändern.
Stellen Sie sich eine luftdichte Kammer vor, die eine bestimmte 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.
- Wenn sich die Dichte verdoppelt, halbiert sich das spezifische Volumen.
- Wenn sich das spezifische Volumen verdoppelt, wird die Dichte halbiert.
Spezifisches Volumen und spezifisches Gewicht
Wenn die spezifischen Volumina zweier Substanzen bekannt sind, können diese Informationen verwendet werden, um ihre Dichte zu berechnen und zu vergleichen. Vergleich der Dichteausbeuten spezifisches Gewicht Werte. Eine Anwendung des spezifischen Gewichts besteht darin, vorherzusagen, ob eine Substanz schwimmt oder sinkt, wenn sie auf eine andere Substanz gelegt wird.
Zum Beispiel, wenn Substanz A ein spezifisches Volumen von 0,358 cm hat3/ g und Substanz B hat ein spezifisches Volumen von 0,374 cm3/ g ergibt die Umkehrung jedes Wertes 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 beim Vergleich der Dichte von A mit 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 sinken 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 beträgt, wie groß ist das spezifische Volumen des Dampfes?
ν = RT / P.
ν = (0,596) (1960) / (2500) = 0,467 Zoll3/lb
Quellen
- Moran, Michael (2014). Grundlagen der technischen Thermodynamik, 8. Aufl. 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.