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Spezifisches Volumen: Definition, Formeln, Beispiele

Das spezifische Volumen ist definiert als die Anzahl der Kubikmeter, die ein Kilogramm Materie einnimmt. Es ist das Verhältnis des Volumens eines Materials zu seiner Masse. das dem Kehrwert seiner Dichte entspricht. Mit anderen Worten ist das spezifische Volumen umgekehrt proportional zur Dichte. Das spezifische Volumen kann für jeden Materiezustand berechnet oder gemessen werden, wird jedoch am häufigsten bei Berechnungen mit Gasen verwendet .

Die Standardeinheit für das spezifische Volumen ist Kubikmeter pro Kilogramm (m 3 / kg), obwohl sie in Millilitern pro Gramm (ml / g) oder Kubikfuß pro Pfund (ft 3 / lb) ausgedrückt werden kann .

 

Intrinsisch und intensiv

Der „spezifische“ Teil eines bestimmten Volumens bedeutet, dass es als Einheitsmasse ausgedrückt wird. Es ist eine  intrinsische Eigenschaft der Materie. was bedeutet, dass es nicht von der Probengröße abhängt. In ähnlicher Weise ist das spezifische Volumen eine intensive Eigenschaft der Materie. die nicht davon beeinflusst wird, wie viel von einem Stoff vorhanden ist oder wo er entnommen wurde.

 

Spezifische Volumenformeln

Es gibt drei gebräuchliche Formeln zur Berechnung des spezifischen Volumens (ν):

  1. ν=V / m wobei V das Volumen und m die Masse ist
  2. ν=1 / ρ=ρ -1 wobei ρ die Dichte ist
  3. ν=RT / PM=RT / P wobei R die ideale Gaskonstante ist. T die Temperatur ist, P der Druck ist und M die Molarität ist

Die zweite Gleichung wird normalerweise auf Flüssigkeiten und Feststoffe angewendet, da diese relativ inkompressibel sind. Die Gleichung kann beim Umgang mit Gasen verwendet werden, aber die Dichte des Gases (und sein spezifisches Volumen) kann sich mit einem leichten Temperaturanstieg oder -abfall dramatisch ändern.

Die dritte Gleichung gilt nur für ideale Gase oder für reale Gase bei relativ niedrigen Temperaturen und Drücken, die sich idealen Gasen annähern.

 

Tabelle der allgemeinen spezifischen Volumenwerte

Ingenieure und Wissenschaftler beziehen sich normalerweise auf Tabellen mit bestimmten Volumenwerten. Diese repräsentativen Werte gelten für Standardtemperatur und -druck ( STP ), dh eine Temperatur von 0 ° C (273,15 K, 32 ° F) und einen Druck von 1 atm.

Mit einem Sternchen (*) gekennzeichnete Substanzen sind nicht bei STP.

Da Materialien nicht immer unter Standardbedingungen arbeiten, gibt es auch Tabellen für Materialien, in denen bestimmte Volumenwerte über einen Bereich von Temperaturen und Drücken aufgeführt sind. Hier finden Sie detaillierte Tabellen für Luft und Dampf.

 

Verwendung des spezifischen Volumens

Das spezifische Volumen wird am häufigsten in der Technik und in thermodynamischen Berechnungen für Physik und Chemie verwendet. Es wird verwendet, um Vorhersagen über das Verhalten von Gasen zu treffen, wenn sich die Bedingungen ändern.

Stellen Sie sich eine luftdichte Kammer vor, die eine bestimmte Anzahl von Molekülen enthält:

  • Wenn sich die Kammer ausdehnt, während die Anzahl der Moleküle konstant bleibt, nimmt die Gasdichte ab und das spezifische Volumen nimmt zu.
  • Wenn sich die Kammer zusammenzieht, während die Anzahl der Moleküle konstant bleibt, nimmt die Gasdichte zu und das spezifische Volumen ab.
  • Wenn das Volumen der Kammer konstant gehalten wird, während einige Moleküle entfernt werden, nimmt die Dichte ab und das spezifische Volumen nimmt zu.
  • Wenn das Volumen der Kammer konstant gehalten wird, während neue Moleküle hinzugefügt werden, nimmt die Dichte zu und das spezifische Volumen ab.
  • Wenn sich die Dichte verdoppelt, halbiert sich das spezifische Volumen.
  • Wenn sich das spezifische Volumen verdoppelt, wird die Dichte halbiert.

 

Spezifisches Volumen und spezifisches Gewicht

Wenn die spezifischen Volumina zweier Substanzen bekannt sind, können diese Informationen verwendet werden, um ihre Dichte zu berechnen und zu vergleichen. Der Vergleich der Dichte ergibt Werte des spezifischen Gewichts. Eine Anwendung des spezifischen Gewichts besteht darin, vorherzusagen, ob eine Substanz schwimmt oder sinkt, wenn sie auf eine andere Substanz gelegt wird.

Wenn beispielsweise Substanz A ein spezifisches Volumen von 0,358 cm 3 / g und Substanz B ein spezifisches Volumen von 0,374 cm 3 / g hat, ergibt die Umkehrung jedes Wertes die Dichte. Somit beträgt die Dichte von A 2,79 g / cm 3 und die Dichte von B 2,67 g / cm 3 . Das spezifische Gewicht beim Vergleich der Dichte von A mit B beträgt 1,04 oder das spezifische Gewicht von B im Vergleich zu A beträgt 0,95. A ist dichter als B, also würde A in B sinken oder B würde auf A schweben.

 

Beispielberechnung

Es ist bekannt, dass der Druck einer Dampfprobe bei einer Temperatur von 1960 Rankine 2500 lbf / in 2 beträgt. Wenn die Gaskonstante 0,596 beträgt, wie groß ist das spezifische Volumen des Dampfes?

ν=RT / P.

ν=(0,596) (1960) / (2500)=0,467 in 3 / lb.

 

Quellen

  • Moran, Michael (2014). Grundlagen der technischen Thermodynamik , 8. Aufl. Wiley. ISBN 978-1118412930.
  • Silverthorn, Dee (2016). Humanphysiologie: Ein integrierter Ansatz . Pearson. ISBN 978-0-321-55980-7.
  • Walker, Jear (2010) l. Grundlagen der Physik, 9. Aufl. Halliday. ISBN 978-0470469088.

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