Erityinen tilavuus on määritelty kuutiometriä lukumäärä, joka on yksi kiloa kilogrammaa asia. Se on materiaalin tilavuuden suhde materiaaliin massa, joka on sama kuin sen vastavuoroinen tiheys. Toisin sanoen ominaistilavuus on käänteisesti verrannollinen tiheyteen. Erityinen tilavuus voidaan laskea tai mitata mistä tahansa aineen tilasta, mutta sitä käytetään useimmiten laskelmissa, joissa käytetään kaasut.
Tietyn tilavuuden vakioyksikkö on kuutiometriä kiloa kohden (m3/ kg), vaikka se voidaan ilmaista millilitraina grammaa kohti (ml / g) tai kuutiometriä kiloa kohti (ft3/lb).
Luonnollinen ja intensiivinen
Tietyn tilavuuden "erityinen" osa tarkoittaa, että se ilmaistaan yksikkömassana. Se on luontainen omaisuus aineesta, mikä tarkoittaa, että se ei riipu näytteen koosta. Samoin ominaistilavuus on intensiivinen ominaisuus aineesta siihen ei vaikuta se, kuinka paljon ainetta on olemassa tai missä siitä on otettu näytteitä.
Erityiset tilavuuskaavat
Erityisen tilavuuden (ν) laskemiseksi käytetään kolmea yleistä kaavaa:
- v = V / m jossa V on tilavuus ja m on massa
- ν = 1 /ρ = ρ-1 missä ρ on tiheys
- v = RT / PM = RT / P missä R on ihanteellinen kaasuvakio, T on lämpötila, P on paine ja M on molaarisuus
Toista yhtälöä sovelletaan yleensä nesteisiin ja kiinteisiin aineisiin, koska ne ovat suhteellisen puristamattomia. Kaavaa voidaan käyttää käsitellessä kaasuja, mutta kaasun tiheys (ja sen ominaistilavuus) voi muuttua dramaattisesti lämpötilan pienen noustessa tai laskiessa.
Kolmas yhtälö koskee vain ihanteelliset kaasut tai todellisiin kaasuihin suhteellisen alhaisissa lämpötiloissa ja paineissa, jotka lähentävät ihanteellisia kaasuja.
Taulukko yleisistä erityisistä volyymiarvoista
Insinöörit ja tutkijat viittaavat tyypillisesti tiettyjen tilavuusarvojen taulukkoihin. Nämä edustavat arvot ovat normaaleille lämpötiloille ja paineille (STP), joka on lämpötila 0 ° C (273,15 K, 32 ° F) ja paine 1 atm.
| aine | Tiheys | Oma määrä |
|---|---|---|
| (Kg / m3) | (m3/kg) | |
| ilma | 1.225 | 0.78 |
| jää | 916.7 | 0.00109 |
| Vesi (neste) | 1000 | 0.00100 |
| Suolavesi | 1030 | 0.00097 |
| elohopea | 13546 | 0.00007 |
| R-22 * | 3.66 | 0.273 |
| ammoniakki | 0.769 | 1.30 |
| Hiilidioksidi | 1.977 | 0.506 |
| Kloori | 2.994 | 0.334 |
| Vety | 0.0899 | 11.12 |
| Metaani | 0.717 | 1.39 |
| typpi | 1.25 | 0.799 |
| Steam * | 0.804 | 1.24 |
Tähdellä (*) merkityt aineet eivät ole STP: ssä.
Koska materiaalit eivät ole aina vakio-olosuhteissa, on olemassa myös taulukoita materiaaleille, joissa luetellaan tietyt tilavuusarvot lämpötila- ja painealueilla. Löydät yksityiskohtaiset taulukot ilmasta ja höyrystä.
Tietyn volyymin käyttö
Ominaistilavuutta käytetään useimmiten tekniikassa ja fysiikan ja kemian termodynaamisissa laskelmissa. Sitä käytetään ennustamaan kaasujen käyttäytymistä olosuhteiden muuttuessa.
Harkitse ilmatiivistä kammiota, joka sisältää asetetun määrän molekyylejä:
- Jos kammio laajenee, kun molekyylien lukumäärä pysyy vakiona, kaasun tiheys vähenee ja ominaistilavuus kasvaa.
- Jos kammio supistuu, kun molekyylien lukumäärä pysyy vakiona, kaasun tiheys kasvaa ja ominaistilavuus pienenee.
- Jos kammion tilavuus pidetään vakiona, kun jotkut molekyylit poistetaan, tiheys vähenee ja ominaistilavuus kasvaa.
- Jos kammion tilavuus pidetään vakiona samalla kun uusia molekyylejä lisätään, tiheys kasvaa ja ominaistilavuus pienenee.
- Jos tiheys kaksinkertaistuu, sen ominaistilavuus puolittuu.
- Jos tietty tilavuus kaksinkertaistuu, tiheys leikataan kahtia.
Ominaistilavuus ja ominaispaino
Jos kahden aineen ominaistilavuudet tunnetaan, näitä tietoja voidaan käyttää laskemaan ja vertailemaan niiden tiheyksiä. Vertailemalla tiheyssatoa tietty painovoima arvot. Eräs ominaispainon sovellus on ennustaa, kelluuko aine uppoaa vai uppoaa, kun se asetetaan toiselle aineelle.
Esimerkiksi, jos aineen A ominaistilavuus on 0,358 cm3/ g ja aineen B ominaistilavuus on 0,374 cm3/ g, kun otetaan kunkin arvon käänteinen arvo, saadaan tiheys. Siten A: n tiheys on 2,79 g / cm3 ja B: n tiheys on 2,67 g / cm3. Ominaispaino vertaamalla A: n tiheyttä B: hen on 1,04 tai B: n ominaispaino verrattuna A: han on 0,95. A on tiheämpi kuin B, joten A uppoutuu B: hen tai B kelluu A: lla.
Esimerkki laskelmasta
Höyrynäytteen paineen tiedetään olevan 2500 lbf / in2 lämpötilassa 1960 Rankine. Jos kaasuvakio on 0,596, mikä on höyryn ominaistilavuus?
v = RT / P
v = (0,596) (1960) / (2500) = 0,467 tuumaa3/lb
Lähteet
- Moran, Michael (2014). Teknisen termodynamiikan perusteet, 8. toim. Wiley. ISBN 978-1118412930.
- Silverthorn, Dee (2016). Ihmisen fysiologia: integroitu lähestymistapa. Pearson. ISBN 978-0-321-55980-7.
- Walker, Jear (2010) l. Fysiikan perusteet, 9. painos. Halliday. ISBN 978-0470469088.