הנפח הספציפי הוא רכוש אינטנסיבי מאפיין של כול רכיב או חומר. זה מוגדר באופן מתמטי כקשר בין הנפח הכבוש בכמות מסוימת של חומר (קילוגרם או גרם); במילים אחרות, זהו הדדיות של הצפיפות.
הצפיפות מציינת כמה שוקל 1 מ"ל של חומר (נוזל, מוצק, גזי, או תערובת הומוגנית או הטרוגנית), ואילו הנפח הספציפי מתייחס לנפח התופס 1 גרם (או 1 ק"ג) ממנו. כך, בידיעת הצפיפות של חומר, די בחישוב ההדדי בכדי לקבוע את נפחו הספציפי.
למה מתייחסת המילה "ספציפית"? כאשר אומרים על רכוש כלשהו שהוא ספציפי, פירושו שהוא מתבטא כפונקציה של מסה, המאפשרת את הפיכתו ממאפיין נרחב (התלוי במסה) לאינטנסיבי (רציף בכל הנקודות במערכת).
היחידות בהן בדרך כלל הביטוי נפח ספציפי הן (m 3 / Kg) או (ס"מ 3 / גרם). עם זאת, למרות שמאפיין זה אינו תלוי במסה, הוא אכן תלוי במשתנים אחרים, כמו הטמפרטורה או הלחץ שקורה בחומר. זה גורם גרם אחד של חומר לתפוס נפח רב יותר בטמפרטורות גבוהות יותר.
של המים
בתמונה הראשונה ניתן לראות טיפת מים העומדת להתערבב עם פני הנוזל. מכיוון שמדובר בחומר באופן טבעי, המסה שלו תופסת נפח כמו כל אחד אחר. נפח מקרוסקופי זה הוא תוצר של הנפח והאינטראקציה של מולקולותיו.
למולקולת המים הנוסחה הכימית H 2 O, עם מסה מולקולרית של בערך 18 גר '/ מול. הצפיפות שהיא מציגה תלויה גם בטמפרטורה, ובגודל מאקרו התפלגות מולקולותיה נחשבת כהומוגנית ככל האפשר.
עם ערכי הצפיפות ρ בטמפרטורה T, כדי לחשב את הנפח הספציפי של מים נוזלים מספיק ליישם את הנוסחה הבאה:
v = (1 / ρ)
זה מחושב על ידי קביעת צפיפות המים באמצעות ניסוי לניקוי באופן ניסיוני ואז ביצוע החישוב המתמטי. מכיוון שהמולקולות של כל חומר שונות זו מזו, כך גם הנפח הספציפי שנוצר.
אם הצפיפות של מים על פני טווח רחב של טמפרטורות היא 0.997 ק"ג / מ ' 3 , הנפח הספציפי שלה הוא 1.003 מ' 3 / ק"ג.
מהאוויר
אוויר הוא תערובת גזי הומוגנית המורכבת בעיקר מחנקן (78%), ואחריה חמצן (21%) ולבסוף גזים אחרים באטמוספירה של כדור הארץ. הצפיפות שלו היא ביטוי מקרוסקופי של כל אותה תערובת של מולקולות, שאינן מתקשרות ביעילות ומתפשטות לכל עבר.
מכיוון שמניחים כי החומר הוא רציף, התפשטותו במיכל אינה משנה את הרכבו. שוב, על ידי מדידת הצפיפות בתנאי הטמפרטורה והלחץ המתוארים, ניתן לקבוע איזה נפח 1 גרם אוויר תופס.
מכיוון שהנפח הספציפי הוא 1 / ρ, וה- ρ שלו קטן מזה של המים, אז הנפח הספציפי שלו גדול יותר.
ההסבר לעובדה זו מבוסס על האינטראקציות המולקולריות של מים מול אוויר; האחרון, אפילו במקרה של לחות, אינו מתעבה אלא אם כן הוא נתון לטמפרטורות קרות מאוד ולחצים גבוהים.
מאדים
האם באותם תנאים, גרם אדים תופסת נפח גדול יותר מזה של גרם אוויר? האוויר צפוף יותר מהמים בשלב הגזי, מכיוון שמדובר בתערובת של גזים שהוזכרו לעיל, שלא כמו מולקולות מים.
מכיוון שנפח ספציפי הוא היפוך הצפיפות, גרם אדים תופסת נפח רב יותר (הוא פחות צפוף) מאשר גרם אוויר.
המאפיינים הפיזיים של קיטור כנוזל חיוניים בתהליכים תעשייתיים רבים: בתוך מחליפי חום, להגברת הלחות, מכונות נקיות, בין היתר.
ישנם משתנים רבים שיש לקחת בחשבון כאשר מטפלים בכמויות גדולות של קיטור בתעשיות, במיוחד בנוגע למכניקה של נוזלים.
חַנקָן
כמו שאר הגזים, צפיפותו תלויה במידה ניכרת בלחץ (בניגוד למוצקים ונוזלים) ובטמפרטורה. לפיכך, הערכים לנפח הספציפי שלהם משתנים בהתאם למשתנים אלה. מכאן הצורך לקבוע את נפחו הספציפי לביטוי המערכת מבחינת תכונות אינטנסיביות.
ללא ערכים ניסיוניים, דרך הנמקה מולקולרית, קשה להשוות את צפיפות החנקן לזה של גזים אחרים. מולקולת החנקן היא ליניארית (N≡N) וזו של מים היא זוויתית.
מכיוון ש"קו "תופס פחות נפח מ"בומרנג", ניתן לצפות כי חנקן יהיה צפוף יותר מהמים על ידי הגדרת הצפיפות (m / V). באמצעות צפיפות של 1.2506 ק"ג / מ ' 3 , נפח ספציפי על התנאים בהם ערך זה נמדד הוא 0.7996 מ 3 / ק"ג; זה פשוט הדדי (1 / ρ).
של הגז האידיאלי
הגז האידיאלי הוא כזה המציית למשוואה:
P = nRT / V
ניתן לראות כי המשוואה אינה מתחשבת בשום משתנה כמו מבנה מולקולרי או נפח; והיא גם לא שוקלת כיצד מולקולות הגז מתקשרות זו עם זו במרחב שהוגדר על ידי המערכת.
בטווח מוגבל של טמפרטורות ולחצים, כל הגזים "מתנהגים" זהה; מסיבה זו תקף במידה מסוימת להניח שהם מצייתים למשוואת הגז האידיאלית. לפיכך, ממשוואה זו ניתן לקבוע כמה תכונות של גזים, כולל הנפח הספציפי.
כדי לפתור אותה, יש צורך לבטא את המשוואה מבחינת משתני הצפיפות: מסה ונפח. השומות מיוצגות על ידי n, ואלה הן תוצאה של חלוקת מסת הגז במסה המולקולרית שלו (m / M).
נטילת המסה המשתנה m במשוואה, אם היא מחולקת לפי הנפח, ניתן להשיג את הצפיפות; מכאן, די בכדי לנקות את הצפיפות ואז "להעיף" את שני צידי המשוואה. בדרך זו נקבע סוף סוף הנפח הספציפי.
התמונה למטה ממחישה כל אחת מהשלבים להגיע לביטוי הסופי של הנפח הספציפי של גז אידיאלי.
הפניות
- ויקיפדיה. (2018). ווליום ספציפי. נלקח מ: en.wikipedia.org
- Study.com. (21 באוגוסט 2017). מהו נפח ספציפי? - הגדרה, נוסחה ויחידות שנלקחו מ: study.com
- סיר. (5 במאי 2015). ווליום ספציפי. נלקח מ: grc.nasa.gov
- מייקל ג'יי מורן והווארד נ. שפירו. (2004). יסודות התרמודינמיקה הטכנית. (מהדורה שנייה). הערכה העריכה, עמוד 13.
- יחידה 1: מושגי תרמודינמיקה. . נלקח מ: 4.tecnun.es
- TLV. (2018). יישומים עיקריים ל- Steam. נלקח מ: tlv.com