Specifiek volume wordt gedefinieerd als het aantal kubieke meter dat wordt ingenomen door één kilogram er toe doen. Het is de verhouding tussen het volume van een materiaal en het volume massa, wat hetzelfde is als het omgekeerde van zijn dichtheid. Met andere woorden, specifiek volume is omgekeerd evenredig met dichtheid. Specifiek volume kan worden berekend of gemeten voor elke toestand van materie, maar het wordt meestal gebruikt in berekeningen met gassen.
De standaardeenheid voor een specifiek volume is kubieke meter per kilogram (m3/ kg), hoewel het kan worden uitgedrukt in milliliters per gram (ml / g) of kubieke voet per pond (ft3/lb).
Intrinsiek en intensief
Het "specifieke" deel van een specifiek volume betekent dat het wordt uitgedrukt in termen van eenheidsmassa. Het is een intrinsieke eigenschap van materie, wat betekent dat het niet afhankelijk is van de steekproefomvang. Evenzo is specifiek volume een intensief bezit van materie dat wordt niet beïnvloed door hoeveel van een stof bestaat of waar de stof is bemonsterd.
Specifieke volumeformules
Er zijn drie veelgebruikte formules om een specifiek volume (ν) te berekenen:
- ν = V / m waar V volume is en m massa is
- ν = 1 /ρ = ρ-1 waar ρ is dichtheid
- v = RT / PM = RT / P waar R het ideaal is gasconstante, T is temperatuur, P is druk en M is de molariteit
De tweede vergelijking wordt meestal toegepast op vloeistoffen en vaste stoffen omdat ze relatief onsamendrukbaar zijn. De vergelijking kan worden gebruikt bij het omgaan met gassen, maar de dichtheid van het gas (en het specifieke volume) kan drastisch veranderen bij een lichte stijging of daling van de temperatuur.
De derde vergelijking is alleen van toepassing op ideale gassen of naar echte gassen bij relatief lage temperaturen en drukken die ideale gassen benaderen.
Tabel met algemene specifieke volumewaarden
Ingenieurs en wetenschappers verwijzen doorgaans naar tabellen met specifieke volumewaarden. Deze representatieve waarden zijn voor standaard temperatuur en druk (STP), dat is een temperatuur van 0 ° C (273,15 K, 32 ° F) en een druk van 1 atm.
| Stof | Dichtheid | Specifiek volume |
|---|---|---|
| (kg / m3) | (m3/kg) | |
| Lucht | 1.225 | 0.78 |
| Ijs | 916.7 | 0.00109 |
| Water (vloeibaar) | 1000 | 0.00100 |
| Zout water | 1030 | 0.00097 |
| Kwik | 13546 | 0.00007 |
| R-22 * | 3.66 | 0.273 |
| Ammoniak | 0.769 | 1.30 |
| Kooldioxide | 1.977 | 0.506 |
| Chloor | 2.994 | 0.334 |
| Waterstof | 0.0899 | 11.12 |
| Methaan | 0.717 | 1.39 |
| Stikstof | 1.25 | 0.799 |
| Stoom* | 0.804 | 1.24 |
Stoffen gemarkeerd met een asterisk (*) vallen niet onder STP.
Omdat materialen niet altijd onder standaardomstandigheden zijn, zijn er ook tabellen voor materialen met specifieke volumewaarden over een reeks temperaturen en drukken. U vindt gedetailleerde tabellen voor lucht en stoom.
Gebruik van specifiek volume
Specifiek volume wordt het meest gebruikt in engineering en in thermodynamische berekeningen voor natuurkunde en scheikunde. Het wordt gebruikt om voorspellingen te doen over het gedrag van gassen bij veranderende omstandigheden.
Overweeg een luchtdichte kamer met een bepaald aantal moleculen:
- Als de kamer uitzet terwijl het aantal moleculen constant blijft, neemt de gasdichtheid af en neemt het specifieke volume toe.
- Als de kamer samentrekt terwijl het aantal moleculen constant blijft, neemt de gasdichtheid toe en neemt het specifieke volume af.
- Als het volume van de kamer constant wordt gehouden terwijl sommige moleculen worden verwijderd, neemt de dichtheid af en neemt het specifieke volume toe.
- Als het kamervolume constant wordt gehouden terwijl nieuwe moleculen worden toegevoegd, neemt de dichtheid toe en neemt het specifieke volume af.
- Als de dichtheid verdubbelt, wordt het specifieke volume gehalveerd.
- Als het specifieke volume verdubbelt, wordt de dichtheid gehalveerd.
Specifiek volume en soortelijk gewicht
Als de specifieke volumes van twee stoffen bekend zijn, kan deze informatie worden gebruikt om hun dichtheden te berekenen en te vergelijken. Dichtheidsopbrengsten vergelijken soortelijk gewicht waarden. Een specifieke toepassing van het soortelijk gewicht is om te voorspellen of een stof zal drijven of zinken wanneer deze op een andere stof wordt geplaatst.
Als stof A bijvoorbeeld een specifiek volume heeft van 0,358 cm3/ g en stof B heeft een specifiek volume van 0,374 cm3/ g, het nemen van de inverse van elke waarde levert de dichtheid op. De dichtheid van A is dus 2,79 g / cm3 en de dichtheid van B is 2,67 g / cm3. Het soortelijk gewicht, dat de dichtheid van A met B vergelijkt, is 1,04 of het soortelijk gewicht van B in vergelijking met A is 0,95. A is dichter dan B, dus A zou in B zakken of B zou op A drijven.
Voorbeeldberekening
Het is bekend dat de druk van een stoommonster 2500 lbf / in is2 bij een temperatuur van 1960 Rankine. Als de gasconstante 0,596 is, wat is dan het specifieke volume van de stoom?
v = RT / P
v = (0,596) (1960) / (2500) = 0,467 inch3/lb
Bronnen
- Moran, Michael (2014). Fundamentals of Engineering Thermodynamics, 8e Ed. Wiley. ISBN 978-1118412930.
- Silverthorn, Dee (2016). Menselijke fysiologie: een geïntegreerde benadering. Pearson. ISBN 978-0-321-55980-7.
- Walker, Jear (2010) l. Fundamentals of Physics, 9e Ed. Halliday. ISBN 978-0470469088.