Volume specifico di acqua, aria, vapore, azoto e gas ideale



il volume specifico è una caratteristica di proprietà intensiva di ogni elemento o materiale. È definito matematicamente come la relazione tra il volume occupato da una certa quantità di materia (un chilogrammo o un grammo); in altre parole, è il reciproco della densità.

La densità indica quanto pesa 1 ml di materia (liquido, solido, gassoso o una miscela omogenea o eterogenea), mentre il volume specifico si riferisce al volume che occupa 1 g (o 1 kg) di esso. Quindi, conoscendo la densità di una sostanza, è sufficiente calcolare il reciproco per determinare il suo volume specifico.

A cosa si riferisce la parola "specifico"? Quando si dice che ogni proprietà è specifica, significa che è espressa come una funzione della massa, che consente la sua trasformazione da una proprietà estesa (che dipende dalla massa) a una proprietà intensiva (continua in tutti i punti del sistema).

Le unità in cui viene solitamente espresso il volume specifico sono (m3/ Kg) o (cm3/ g). Tuttavia, sebbene questa proprietà non dipenda dalla massa, dipende da altre variabili, come gli incidenti di temperatura o pressione sulla sostanza. Ciò fa sì che un grammo di sostanza occupi più volume a temperature più elevate.

indice

  • 1 acqua
  • 2 Dall'aria
  • 3 vapore
  • 4 di azoto
  • 5 Del gas ideale
  • 6 riferimenti

Dall'acqua

Nella prima immagine puoi vedere una goccia d'acqua che sta per mescolarsi con la superficie del liquido. Perché, naturalmente, è una sostanza, la sua massa occupa volume come qualsiasi altra. Questo volume macroscopico è il prodotto del volume e delle interazioni delle sue molecole.

La molecola d'acqua ha una formula chimica H2Oppure, con una massa molecolare di circa 18 g / mol. Le densità che presenta dipendono anche dalla temperatura, e in macroscala si considera che la distribuzione delle sue molecole sia il più omogenea possibile.

Con i valori di densità ρ alla temperatura T, per calcolare il volume specifico di acqua liquida è sufficiente applicare la seguente formula:

v = (1 / ρ)

Viene calcolato determinando sperimentalmente la densità dell'acqua mediante un picnometro e quindi eseguendo il calcolo matematico. Poiché le molecole di ciascuna sostanza sono diverse l'una dall'altra, anche il volume specifico risultante.

Se la densità dell'acqua in un ampio intervallo di temperature è 0,997 kg / m3, il suo volume specifico è di 1.003 m3/ kg.

Dall'alto

L'aria è una miscela gassosa omogenea, composta principalmente da azoto (78%), seguita da ossigeno (21%) e infine da altri gas dell'atmosfera terrestre. La sua densità è un'espressione macroscopica di tutta quella miscela di molecole, che non interagiscono in modo efficiente e si propagano in tutte le direzioni.

Poiché si presume che la sostanza sia continua, la sua propagazione in un contenitore non ne modifica la composizione. Ancora una volta, misurando la densità alle condizioni descritte di temperatura e pressione, si può determinare quale volume occupa 1 g di aria.

Poiché il volume specifico è 1 / ρ e il suo ρ è minore di quello dell'acqua, il suo volume specifico è maggiore.

La spiegazione di questo fatto è basata sulle interazioni molecolari dell'acqua rispetto all'aria; Quest'ultima, anche nel caso di umidità, non condensa se non viene sottoposta a temperature molto basse e ad alte pressioni.

vapore

Nelle stesse condizioni un grammo di vapore occuperà un volume superiore a quello di un grammo di aria? L'aria è più densa dell'acqua nella fase gassosa, perché è una miscela di gas sopra menzionata, a differenza delle molecole d'acqua.

Poiché il volume specifico è l'inverso della densità, un grammo di vapore occupa più volume (è meno denso) di un grammo di aria.

Le proprietà fisiche del vapore come fluido sono indispensabili in molti processi industriali: all'interno di scambiatori di calore, per aumentare l'umidità, pulire macchine, tra gli altri.

Ci sono molte variabili da tenere in considerazione quando si maneggiano grandi quantità di vapore nel settore, specialmente per quanto riguarda la meccanica dei fluidi.

Di azoto

Come il resto dei gas, la loro densità dipende notevolmente dalla pressione (rispetto ai solidi e dai liquidi) e dalla temperatura. Pertanto, i valori per il loro volume specifico variano in base a queste variabili. Da qui la necessità di determinare il suo volume specifico per esprimere il sistema in termini di proprietà intensive.

Senza valori sperimentali, attraverso il ragionamento molecolare, è difficile confrontare la densità dell'azoto rispetto a quella di altri gas. La molecola dell'azoto è lineare (N≡N) e quella dell'acqua è angolare.

Come una "linea" occupa meno volume di un "bumerang", Quindi ci si può aspettare che dalla definizione di densità (m / V) l'azoto sia più denso dell'acqua. Utilizzando una densità di 1.2506 Kg / m3, il volume specifico delle condizioni in cui è stato misurato questo valore è 0,7996 m3/ Kg; è semplicemente il reciproco (1 / ρ).

Del gas ideale

Il gas ideale è quello che obbedisce all'equazione:

P = nRT / V

Si può osservare che l'equazione non considera alcuna variabile come struttura o volume molecolare; né considera come le molecole di gas interagiscano l'una con l'altra in uno spazio definito dal sistema.

In un intervallo limitato di temperature e pressioni, tutti i gas si "comportano" in modo uguale; per questo motivo è valido in una certa misura assumere che obbediscono all'equazione dei gas ideali. Pertanto, da questa equazione si possono determinare diverse proprietà dei gas, tra cui il volume specifico.

Per cancellarlo, è necessario esprimere l'equazione in termini di variabili di densità: massa e volume. Le talpe sono rappresentate da n e sono il risultato della divisione della massa del gas per la sua massa molecolare (m / M).

Avendo la massa variabile m nell'equazione, se è divisa per volume, la densità può essere ottenuta; da qui è sufficiente cancellare la densità e quindi "capovolgere" entrambi i lati dell'equazione. In questo modo, viene determinato il volume specifico.

L'immagine inferiore illustra ciascuno dei passaggi per arrivare all'espressione finale del volume specifico di un gas ideale.

riferimenti

  1. Wikipedia. (2018). Volume specifico Tratto da: en.wikipedia.org
  2. Study.com. (21 agosto 2017). Cos'è il volume specifico? - Definizione, formula e unità tratte da: study.com
  3. NASA. (5 maggio 2015). Volume specifico. Tratto da: grc.nasa.gov
  4. Michael J. Moran e Howard N. Shapiro. (2004). Fondamenti di termodinamica tecnica. (2a edizione). Editoriale Reverté, pagina 13.
  5. Argomento 1: concetti di termodinamica. [PDF]. Tratto da: 4.tecnun.es
  6. TLV. (2018). Principali applicazioni per Steam. Tratto da: tlv.com