Spezifisches Volumen Wasser, Luft, Dampf, Stickstoff und ideales Gas



Die spezifisches Volumen es ist eine intensive Eigenschaft, die für jedes Element oder Material charakteristisch ist. Es ist mathematisch definiert als das Verhältnis zwischen dem Volumen, das von einer bestimmten Menge Materie eingenommen wird (ein Kilogramm oder ein Gramm); mit anderen Worten, es ist der Kehrwert der Dichte.

Die Dichte gibt an, wie viel 1 ml Material wiegt (flüssig, fest, gasförmig oder eine homogene oder heterogene Mischung), während sich das spezifische Volumen auf das Volumen bezieht, das 1 g (oder 1 kg) davon einnimmt. Wenn man also die Dichte einer Substanz kennt, genügt es, den Kehrwert zu berechnen, um sein spezifisches Volumen zu bestimmen.

Worauf bezieht sich das Wort "spezifisch"? Wenn eine Eigenschaft als spezifisch bezeichnet wird, bedeutet dies, dass sie als eine Funktion der Masse ausgedrückt wird, die ihre Umwandlung von einer umfangreichen Eigenschaft (die von der Masse abhängt) in eine intensive Eigenschaft (in allen Punkten des Systems kontinuierlich) ermöglicht.

Die Einheiten, in denen das spezifische Volumen normalerweise ausgedrückt wird, sind (m3/ Kg) oder (cm3/ g). Diese Eigenschaft hängt zwar nicht von der Masse ab, hängt aber von anderen Variablen wie Temperatur- oder Druckvorgängen auf der Substanz ab. Dies bewirkt, dass ein Gramm Substanz bei höheren Temperaturen mehr Volumen einnimmt.

Index

  • 1 Wasser
  • 2 Aus der Luft
  • 3 Dampf
  • 4 von Stickstoff
  • 5 Vom idealen Gas
  • 6 Referenzen

Aus dem Wasser

Im ersten Bild sieht man einen Wassertropfen, der sich mit der Oberfläche der Flüssigkeit vermischt. Weil es natürlich eine Substanz ist, nimmt seine Masse das Volumen ein wie jedes andere. Dieses makroskopische Volumen ist das Produkt des Volumens und der Wechselwirkungen seiner Moleküle.

Das Wassermolekül hat eine chemische Formel H2Oder mit einer Molekularmasse von ungefähr 18 g / mol. Die Dichten, die er präsentiert, hängen auch von der Temperatur ab, und auf einer Makroskala wird angenommen, dass die Verteilung seiner Moleküle so homogen wie möglich ist.

Mit den Werten der Dichte ρ bei einer Temperatur T, um das spezifische Volumen von flüssigem Wasser zu berechnen, ist es ausreichend, die folgende Formel anzuwenden:

v = (1 / ρ)

Er wird berechnet, indem die Dichte des Wassers mit einem Pyknometer experimentell bestimmt und dann die mathematische Berechnung durchgeführt wird. Da die Moleküle jeder Substanz voneinander verschieden sind, ändert sich auch das spezifische Volumen.

Wenn die Dichte von Wasser über einen breiten Temperaturbereich von 0,997 kg / m beträgt3, sein spezifisches Volumen ist 1.003 m3/ kg.

Aus der Luft

Die Luft ist ein homogenes Gasgemisch, das hauptsächlich aus Stickstoff (78%) besteht, gefolgt von Sauerstoff (21%) und schließlich anderen Gasen der Erdatmosphäre. Seine Dichte ist ein makroskopischer Ausdruck all dieser Mischung von Molekülen, die nicht effizient interagieren und sich in alle Richtungen ausbreiten.

Da angenommen wird, dass der Stoff kontinuierlich ist, ändert seine Vermehrung in einem Behälter seine Zusammensetzung nicht. Durch Messen der Dichte bei den beschriebenen Temperatur- und Druckbedingungen kann wiederum bestimmt werden, welches Volumen 1 g Luft einnimmt.

Da das spezifische Volumen 1 / ρ ist und sein ρ kleiner ist als das von Wasser, ist sein spezifisches Volumen größer.

Die Erklärung dieser Tatsache basiert auf den molekularen Wechselwirkungen von Wasser gegen Luft; Letzteres kondensiert selbst im Falle von Feuchtigkeit nicht, wenn es nicht sehr kalten Temperaturen und hohen Drücken ausgesetzt ist.

Dampf

Unter denselben Bedingungen wird ein Gramm Dampf ein Volumen einnehmen, das größer ist als das eines Gramms Luft? Die Luft ist dichter als Wasser in der Gasphase, weil es sich um eine Mischung aus oben genannten Gasen handelt, im Gegensatz zu Wassermolekülen.

Da das spezifische Volumen das Inverse der Dichte ist, nimmt ein Gramm Dampf mehr Volumen auf (es ist weniger dicht) als ein Gramm Luft.

Die physikalischen Eigenschaften von Dampf als Fluid sind in vielen industriellen Prozessen unentbehrlich: in Wärmetauschern, um die Feuchtigkeit zu erhöhen, Maschinen sauber zu machen, unter anderem.

Bei der Handhabung großer Dampfmengen in der Industrie sind viele Faktoren zu berücksichtigen, insbesondere hinsichtlich der Mechanik von Flüssigkeiten.

Von Stickstoff

Wie die übrigen Gase hängt ihre Dichte stark vom Druck (im Gegensatz zu Feststoffen und Flüssigkeiten) und von der Temperatur ab. Daher variieren die Werte für ihr spezifisches Volumen gemäß diesen Variablen. Daher muss sein spezifisches Volumen bestimmt werden, um das System in Bezug auf intensive Eigenschaften auszudrücken.

Ohne experimentelle Werte, durch molekulare Argumentation, ist es schwierig, die Dichte von Stickstoff im Vergleich zu anderen Gasen zu vergleichen. Das Stickstoffmolekül ist linear (N≡N) und das von Wasser ist eckig.

Da eine "Linie" weniger Volumen einnimmt als ein "Bumerang"Dann ist zu erwarten, dass der Stickstoff bei der Definition der Dichte (m / V) dichter ist als Wasser. Mit einer Dichte von 1,2506 kg / m3, das spezifische Volumen zu den Bedingungen, in denen dieser Wert gemessen wurde, ist 0,7996 m3/ Kg; es ist einfach das reziproke (1 / ρ).

Vom idealen Gas

Das ideale Gas ist eines, das der Gleichung folgt:

P = nRT / V

Es kann beobachtet werden, dass die Gleichung keine Variable als Struktur oder Molekülvolumen betrachtet; es berücksichtigt auch nicht, wie Gasmoleküle in einem durch das System definierten Raum miteinander wechselwirken.

In einem begrenzten Bereich von Temperaturen und Drücken "verhalten" sich alle Gase gleich; aus diesem Grund ist es in gewissem Maße gültig anzunehmen, dass sie der Gleichung der idealen Gase gehorchen. Somit können aus dieser Gleichung mehrere Eigenschaften der Gase bestimmt werden, darunter das spezifische Volumen.

Um es zu klären, ist es notwendig, die Gleichung in Form von Dichtevariablen auszudrücken: Masse und Volumen. Die Mole werden durch n dargestellt, und diese sind das Ergebnis der Teilung der Masse des Gases durch seine molekulare Masse (m / M).

Wenn die variable Masse m in der Gleichung ist, wenn sie durch das Volumen dividiert wird, kann die Dichte erhalten werden; von hier ist es genug, um die Dichte zu löschen und dann beide Seiten der Gleichung "umzudrehen". Auf diese Weise wird das spezifische Volumen endgültig bestimmt.

Das untere Bild veranschaulicht jeden der Schritte, um zum endgültigen Ausdruck des spezifischen Volumens eines idealen Gases zu gelangen.

Referenzen

  1. Wikipedia. (2018). Spezifisches Volumen. Genommen von: en.wikipedia.org
  2. Studieren.com. (21. August 2017). Was ist spezifisches Volumen? - Definition, Formel und Einheiten Entnommen aus: study.com
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  5. Thema 1: Konzepte der Thermodynamik. [PDF] Genommen von: 4.tecnun.es
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