Qu'est-ce qu'un volume spécifique?
Share
Volume spécifique est défini comme le nombre de mètres cubes occupés par un kilogramme de matière. C'est le rapport du volume d'un matériau à sa masse, qui est le même que l'inverse de sa densité. En d'autres termes, le volume spécifique est inversement proportionnel à la densité. Un volume spécifique peut être calculé ou mesuré pour n'importe quel état de la matière, mais il est le plus souvent utilisé dans les calculs impliquant des gaz.
L'unité standard pour un volume spécifique est le mètre cube par kilogramme (m3/ kg), bien qu'elle puisse être exprimée en millilitres par gramme (mL / g) ou en pieds cubes par livre (ft3/kg).
Intrinsèque et intensif
La partie "spécifique" d'un volume spécifique signifie qu'elle est exprimée en termes de masse unitaire. C'est un propriété intrinsèque de matière, ce qui signifie qu'il ne dépend pas de la taille de l'échantillon. De même, un volume spécifique est un propriété intensive de la matière qui n'est pas affectée par la quantité de substance qui existe ou où elle a été échantillonnée.
Formules de volume spécifiques
Il existe trois formules courantes utilisées pour calculer un volume spécifique (ν):
- ν = V / m où V est le volume et m est la masse
- ν = 1 / ρ = ρ-1 où ρ est la densité
- ν = RT / PM = RT / P où R est la constante de gaz idéale, T est la température, P est la pression et M est la molarité
La deuxième équation est généralement appliquée aux liquides et aux solides car ils sont relativement incompressibles. L'équation peut être utilisée lorsqu'il s'agit de gaz, mais la densité d'un gaz (et son volume spécifique) peut changer considérablement avec une légère augmentation ou diminution de la température.
La troisième équation ne s'applique qu'aux gaz idéaux ou aux gaz réels à des températures et des pressions relativement basses qui se rapprochent des gaz idéaux.
Tableau des valeurs de volume spécifiques communes
Les ingénieurs et les scientifiques se réfèrent généralement à des tableaux de valeurs de volume spécifiques. Ces valeurs représentatives sont pour la température et la pression standard (STP), qui est une température de 0 ° C (273,15 K, 32 ° F) et une pression de 1 atm.
| Substance | Densité | Volume spécifique |
|---|---|---|
| (kg / m3) | (m3/kg) | |
| Air | 1.225 | 0,78 |
| La glace | 916,7 | 0,00109 |
| Eau (liquide) | 1000 | 0,00100 |
| Eau salée | 1030 | 0,00097 |
| Mercure | 13546 | 0,00007 |
| R-22 * | 3,66 | 0,273 |
| Ammoniac | 0,769 | 1,30 |
| Gaz carbonique | 1,977 | 0,506 |
| Chlore | 2,994 | 0,334 |
| Hydrogène | 0,0899 | 11.12 |
| Méthane | 0,717 | 1,39 |
| Azote | 1,25 | 0,799 |
| Vapeur* | 0,804 | 1,24 |
Les substances marquées d'un astérisque (*) ne sont pas à STP.
Étant donné que les matériaux ne sont pas toujours dans des conditions standard, il existe également des tableaux pour les matériaux qui répertorient des valeurs de volume spécifiques sur une plage de températures et de pressions. Vous pouvez trouver des tableaux détaillés pour l'air et la vapeur.
Utilisations d'un volume spécifique
Le volume spécifique est le plus souvent utilisé en ingénierie et en calculs thermodynamiques pour la physique et la chimie. Il est utilisé pour faire des prédictions sur le comportement des gaz lorsque les conditions changent.
Considérons une chambre étanche à l'air contenant un nombre défini de molécules:
- Si la chambre se dilate alors que le nombre de molécules reste constant, la densité du gaz diminue et le volume spécifique augmente.
- Si la chambre se contracte alors que le nombre de molécules reste constant, la densité du gaz augmente et le volume spécifique diminue.
- Si le volume de la chambre est maintenu constant alors que certaines molécules sont retirées, la densité diminue et le volume spécifique augmente.
- Si le volume de la chambre est maintenu constant tandis que de nouvelles molécules sont ajoutées, la densité augmente et le volume spécifique diminue.
- Si la densité double, son volume spécifique est divisé par deux.
- Si le volume spécifique double, la densité est réduite de moitié.
Volume spécifique et gravité spécifique
Si les volumes spécifiques de deux substances sont connus, ces informations peuvent être utilisées pour calculer et comparer leurs densités. La comparaison de la densité donne des valeurs de gravité spécifiques. Une application de la gravité spécifique consiste à prédire si une substance flottera ou coulera lorsqu'elle sera placée sur une autre substance.
Par exemple, si la substance A a un volume spécifique de 0,358 cm3/ g et la substance B a un volume spécifique de 0,374 cm3/ g, prendre l'inverse de chaque valeur donnera la densité. Ainsi, la densité de A est de 2,79 g / cm3 et la densité de B est de 2,67 g / cm3. La gravité spécifique, comparant la densité de A à B est de 1,04 ou la gravité spécifique de B par rapport à A est de 0,95. A est plus dense que B, donc A s'enfoncerait dans B ou B flotterait sur A.
Exemple de calcul
La pression d'un échantillon de vapeur est connue pour être de 2500 lbf / in2 à une température de 1960 Rankine. Si la constante de gaz est de 0,596, quel est le volume spécifique de la vapeur?
ν = RT / P
ν = (0,596) (1960) / (2500) = 0,467 pouces3/kg
Sources
- Moran, Michael (2014). Fondements de l'ingénierie thermodynamique, 8e éd. Wiley. ISBN 978-1118412930.
- Silverthorn, Dee (2016). Physiologie humaine: une approche intégrée. Pearson. ISBN 978-0-321-55980-7.
- Walker, Jear (2010) l. Fundamentals of Physics, 9th Ed. Halliday. ISBN 978-0470469088 .
