Woda objętościowa, powietrze, para, azot i gaz idealny



The określona objętość jest to intensywna właściwość każdego elementu lub materiału. Jest zdefiniowany matematycznie jako stosunek między objętością zajmowaną przez pewną ilość materii (kilogram lub gram); innymi słowy, jest odwrotnością gęstości.

Gęstość wskazuje, ile 1 mL materii waży (płynna, stała, gazowa lub jednorodna lub heterogeniczna mieszanina), podczas gdy objętość właściwa odnosi się do objętości, która zajmuje 1 g (lub 1 kg) tej objętości. Znając gęstość substancji, wystarczy obliczyć odwrotność, aby określić jej objętość właściwą.

Do czego odnosi się słowo „specyficzny”? Gdy mówi się, że jakakolwiek właściwość jest specyficzna, oznacza to, że jest wyrażona jako funkcja masy, która pozwala na przekształcenie jej z właściwości rozległej (zależnej od masy) w właściwość intensywną (ciągłą we wszystkich punktach układu)..

Jednostki, w których zwykle wyrażana jest objętość właściwa, to (m3/ Kg) lub (cm3/ g). Jednakże, chociaż ta właściwość nie zależy od masy, zależy ona od innych zmiennych, takich jak incydenty temperatury lub ciśnienia na substancji. Powoduje to, że gram substancji zajmuje większą objętość w wyższych temperaturach.

Indeks

  • 1 Woda
  • 2 Z powietrza
  • 3 Steam
  • 4 Z azotu
  • 5 gazu idealnego
  • 6 referencji

Z wody

Na pierwszym zdjęciu widać kroplę wody, która ma się zmieszać z powierzchnią cieczy. Ponieważ naturalnie jest to substancja, jej masa zajmuje objętość jak każda inna. Ta makroskopowa objętość jest iloczynem objętości i oddziaływań jego cząsteczek.

Cząsteczka wody ma wzór chemiczny H2Lub o masie cząsteczkowej około 18 g / mol. Przedstawione gęstości zależą również od temperatury, aw makroskali uważa się, że rozkład jego cząsteczek jest tak jednorodny, jak to możliwe.

Przy wartościach gęstości ρ w temperaturze T, aby obliczyć określoną objętość ciekłej wody, wystarczy zastosować następujący wzór:

v = (1 / ρ)

Oblicza się go eksperymentalnie określając gęstość wody za pomocą piknometru, a następnie wykonując obliczenia matematyczne. Ponieważ cząsteczki każdej substancji różnią się od siebie, uzyskuje się także objętość właściwą.

Jeśli gęstość wody w szerokim zakresie temperatur wynosi 0,997 kg / m3, jego objętość właściwa wynosi 1003 m3/ kg.

Z powietrza

Powietrze jest jednorodną mieszaniną gazową, składającą się głównie z azotu (78%), a następnie tlenu (21%) i ostatecznie innych gazów ziemskiej atmosfery. Jego gęstość jest makroskopową ekspresją całej tej mieszaniny cząsteczek, które nie oddziałują skutecznie i rozprzestrzeniają się we wszystkich kierunkach.

Ponieważ zakłada się, że substancja jest ciągła, jej propagacja w pojemniku nie zmienia jej składu. Ponownie, mierząc gęstość w opisanych warunkach temperatury i ciśnienia, można określić, która objętość zajmuje 1 g powietrza.

Ponieważ objętość właściwa wynosi 1 / ρ, a jej ρ jest mniejsze niż wody, to jej objętość właściwa jest większa.

Wyjaśnienie tego faktu opiera się na molekularnych interakcjach oddziaływań wody z powietrzem; ten ostatni, nawet w przypadku wilgoci, nie skrapla się, chyba że poddany jest bardzo niskiej temperaturze i wysokiemu ciśnieniu.

Steam

Czy w tych samych warunkach gram pary zajmuje objętość większą niż gram powietrza? Powietrze jest bardziej gęste niż woda w fazie gazowej, ponieważ jest mieszaniną gazów wymienionych powyżej, w przeciwieństwie do cząsteczek wody.

Ponieważ objętość właściwa jest odwrotnością gęstości, jeden gram pary zajmuje więcej objętości (jest mniej gęsty) niż jeden gram powietrza.

Fizyczne właściwości pary jako płynu są niezbędne w wielu procesach przemysłowych: wewnątrz wymienników ciepła, w celu zwiększenia wilgotności, czystych maszyn, między innymi.

Istnieje wiele zmiennych, które należy wziąć pod uwagę przy obchodzeniu się z dużymi ilościami pary w przemyśle, zwłaszcza w odniesieniu do mechaniki płynów..

Z azotu

Podobnie jak reszta gazów, ich gęstość zależy w dużym stopniu od ciśnienia (w przeciwieństwie do ciał stałych i cieczy) oraz od temperatury. Zatem wartości dla ich określonej objętości zmieniają się w zależności od tych zmiennych. Stąd wynika potrzeba określenia jego specyficznej objętości, aby wyrazić system pod względem intensywnych właściwości.

Bez wartości eksperymentalnych, poprzez rozumowanie molekularne, trudno jest porównać gęstość azotu z gęstością innych gazów. Cząsteczka azotu jest liniowa (N≡N), a cząsteczka wody jest kanciasta.

Jako „linia” zajmuje mniejszą objętość niż „bumerang„, Wtedy można się spodziewać, że z definicji gęstości (m / V) azot jest gęstszy niż woda. Wykorzystanie gęstości 1,2506 kg / m3, objętość właściwa do warunków, w których zmierzono tę wartość, wynosi 0,7996 m3/ Kg; jest to po prostu odwrotność (1 / ρ).

Idealnego gazu

Idealnym gazem jest gaz, który przestrzega równania:

P = nRT / V

Można zaobserwować, że równanie nie uwzględnia żadnej zmiennej jako struktury lub objętości cząsteczkowej; ani też nie rozważa, w jaki sposób cząsteczki gazu oddziałują ze sobą w przestrzeni zdefiniowanej przez system.

W ograniczonym zakresie temperatur i ciśnień wszystkie gazy „zachowują się” tak samo; z tego powodu uzasadnione jest pewne założenie, że przestrzegają one równania gazów idealnych. Zatem z tego równania można określić kilka właściwości gazów, w tym objętość właściwą.

Aby to wyjaśnić, konieczne jest wyrażenie równania w kategoriach zmiennych gęstości: masy i objętości. Mole są reprezentowane przez n, a są one wynikiem podziału masy gazu przez jego masę cząsteczkową (m / M).

Mając w równaniu zmienną masę m, jeśli jest podzielona przez objętość, można uzyskać gęstość; stąd wystarczy wyczyścić gęstość, a następnie „odwrócić” obie strony równania. W ten sposób określana jest określona objętość.

Dolny obraz ilustruje każdy z etapów, aby osiągnąć końcową ekspresję określonej objętości gazu idealnego.

Referencje

  1. Wikipedia. (2018). Objętość właściwa. Zrobiono z: en.wikipedia.org
  2. Study.com. (21 sierpnia 2017). Co to jest określona objętość? - Definicja, formuła i jednostki zaczerpnięte z: study.com
  3. NASA (05 maja 2015). Określona objętość Zaczerpnięte z: grc.nasa.gov
  4. Michael J. Moran i Howard N. Shapiro. (2004). Podstawy termodynamiki technicznej. (Wydanie drugie). Redakcja Reverté, strona 13.
  5. Temat 1: Koncepcje termodynamiki. [PDF] Zaczerpnięte z: 4.tecnun.es
  6. TLV. (2018). Główne aplikacje dla Steam. Zaczerpnięte z: tlv.com