Den specifikke lydstyrke er en karakteristisk intensiv egenskab for hvert element eller materiale. Det defineres matematisk som forholdet mellem det rumfang, der optages af en bestemt mængde stof (et kilogram eller et gram); med andre ord, det er gensidigheden af densiteten.
Tætheden angiver, hvor meget 1 ml stof vejer (flydende, fast, gasformig eller en homogen eller heterogen blanding), mens det specifikke volumen refererer til det volumen, der optager 1 g (eller 1 kg) af det. Når man kender stoffets tæthed, er det derfor nok at beregne det gensidige for at bestemme dets specifikke volumen.
Hvad henviser ordet "specifikt" til? Når der siges, at en hvilken som helst egenskab er specifik, betyder det, at den udtrykkes som en funktion af masse, der tillader dens omdannelse fra en omfattende egenskab (som afhænger af masse) til en intensiv en (kontinuerlig på alle punkter i systemet).
De enheder, hvori det specifikke volumen normalt udtrykkes, er (m 3 / Kg) eller (cm 3 / g). Selv om denne egenskab ikke afhænger af masse, afhænger den dog af andre variabler, såsom temperaturen eller trykket, der indtræder på stoffet. Dette får et gram stof til at optage mere volumen ved højere temperaturer.
Af vandet
I det første billede kan du se en dråbe vand ved at blande sig med væskeoverfladen. Fordi det naturligvis er et stof, optager dens masse volumen som enhver anden. Dette makroskopiske volumen er et produkt af volumen og interaktioner mellem dets molekyler.
Vandmolekylet har den kemiske formel H 2 O, med en molmasse på ca. 18g / mol. Tæthederne, den præsenterer, afhænger også af temperatur, og ved en makroskala anses distributionen af dens molekyler for at være så homogen som muligt.
Med densitetsværdierne ρ ved en temperatur T er det til beregning af det specifikke volumen flydende vand tilstrækkeligt at anvende følgende formel:
v = (1 / ρ)
Det beregnes ved eksperimentelt at bestemme vandets densitet ved hjælp af et pycnometer og derefter udføre den matematiske beregning. Fordi molekylerne i hvert stof er forskellige fra hinanden, vil det resulterende specifikke volumen også være.
Hvis densiteten af vand over et bredt temperaturområde er 0,997 kg / m 3, er dens specifikke volumen 1,003 m 3 / kg.
Fra luft
Luft er en homogen gasformig blanding, der hovedsageligt består af nitrogen (78%), efterfulgt af ilt (21%) og til sidst af andre gasser i jordens atmosfære. Dens densitet er et makroskopisk udtryk for al den blanding af molekyler, som ikke interagerer effektivt og formerer sig i alle retninger.
Fordi stoffet antages at være kontinuerligt, ændrer dets spredning i en beholder ikke dets sammensætning. Ved at måle tætheden ved de beskrevne temperatur- og trykbetingelser kan man igen bestemme, hvilket volumen 1 g luft optager.
Da det specifikke volumen er 1 / ρ, og dets ρ er mindre end vandets, er dens specifikke volumen større.
Forklaringen på dette faktum er baseret på molekylære interaktioner mellem vand og luft; sidstnævnte kondenseres ikke, selv når det er fugtighed, medmindre det udsættes for meget kolde temperaturer og høje tryk.
Fra damp
Under samme betingelser optager et gram damp et volumen, der er større end et gram luft? Luft er tættere end vand i gasfasen, fordi det er en blanding af gasser, der er nævnt ovenfor, i modsætning til vandmolekyler.
Da specifikt volumen er det inverse af densitet, optager et gram damp mere volumen (det er mindre tæt) end et gram luft.
De fysiske egenskaber ved damp som væske er væsentlige i mange industrielle processer: inde i varmevekslere for at øge fugtigheden, blandt andet rengøre maskiner.
Der er mange variabler, der skal tages i betragtning, når man håndterer store mængder damp inden for industrier, især hvad angår mekanik i væsker.
Kvælstof
Som resten af gasser afhænger dens densitet betydeligt af tryk (i modsætning til faste stoffer og væsker) og på temperatur. Således varierer værdierne for dets specifikke volumen afhængigt af disse variabler. Derfor behovet for at bestemme dets specifikke volumen for at udtrykke systemet med hensyn til intensive egenskaber.
Uden eksperimentelle værdier er det gennem molekylær ræsonnement vanskeligt at sammenligne nitrogenens densitet med den for andre gasser. Kvælstofmolekylet er lineært (N≡N), og vandets er kantet.
Da en "linje" optager mindre volumen end en "boomerang", kan nitrogen forventes at være tættere end vand ved definitionen af densitet (m / V). Under anvendelse af en densitet på 1.2506 Kg / m 3 er det specifikke volumen ved betingelserne, hvor denne værdi blev målt, 0,7996 m 3 / Kg; det er simpelthen det gensidige (1 / ρ).
Af den ideelle gas
Den ideelle gas er en, der adlyder ligningen:
P = nRT / V
Det kan ses, at ligningen ikke overvejer nogen variabel, såsom molekylstruktur eller volumen; det tager heller ikke hensyn til, hvordan gasmolekyler interagerer med hinanden i et rum defineret af systemet.
I et begrænset antal temperaturer og tryk "opfører" sig alle gasser det samme; af denne grund er det til en vis grad gyldigt at antage, at de overholder den ideelle gasligning. Fra denne ligning kan således flere gassegenskaber bestemmes, inklusive det specifikke volumen.
For at løse det er det nødvendigt at udtrykke ligningen med hensyn til densitetsvariabler: masse og volumen. Molene er repræsenteret af n, og disse er resultatet af at dele gasens masse med dens molekylmasse (m / M).
Ved at tage den variable masse m i ligningen, hvis den er divideret med volumen, kan densiteten opnås; Herfra er det nok at fjerne densiteten og derefter "vende" begge sider af ligningen. Ved at gøre dette bestemmes den specifikke lydstyrke endelig.
Billedet herunder illustrerer hvert af trinnene for at nå frem til den endelige udtryk for det specifikke volumen af en ideel gas.
Referencer
- Wikipedia. (2018). Specifik lydstyrke. Taget fra: en.wikipedia.org
- Study.com. (21. august 2017). Hvad er det specifikke volumen? - Definition, formler og enheder taget fra: study.com
- GRYDE. (5. maj 2015). Specifik lydstyrke. Taget fra: grc.nasa.gov
- Michael J. Moran & Howard N. Shapiro. (2004). Grundlæggende om teknisk termodynamik. (2. udgave). Redaktionel Reverté, side 13.
- Enhed 1: Termodynamikbegreber.. Taget fra: 4.tecnun.es
- TLV. (2018). Hovedapplikationer til Steam. Taget fra: tlv.com