Volume Específico de Água, Ar, Vapor, Nitrogênio e Gás Ideal



O volume específico é uma característica de propriedade intensiva de cada elemento ou material. É definido matematicamente como a relação entre o volume ocupado por uma certa quantidade de matéria (um quilograma ou um grama); em outras palavras, é o recíproco da densidade.

A densidade indica como pesado 1 mL da matéria (líquido, sólido, gás, ou uma mistura homogénea ou heterogénea), enquanto que o volume específico refere-se ao volume ocupado por 1 g (ou 1 kg) da mesma. Assim, conhecendo a densidade de uma substância, basta calcular o recíproco para determinar seu volume específico.

Para o que a palavra "específico" se refere? Quando qualquer propriedade é dito ser meios específicos que é expressa em termos de massa, permitindo o processamento de uma vasta propriedade (que depende da massa) para intensiva (contínua em todos os pontos no sistema).

As unidades em que o volume específico é geralmente expresso são (m3/ Kg) ou (cm3/ g). No entanto, embora essa propriedade não dependa da massa, ela depende de outras variáveis, como incidentes de temperatura ou pressão na substância. Isso faz com que um grama de substância ocupe mais volume em temperaturas mais altas.

Índice

  • 1 água
  • 2 Do ar
  • 3 vapor
  • 4 de nitrogênio
  • 5 do gás ideal
  • 6 referências

Da água

Na primeira imagem você pode ver uma gota de água prestes a se misturar com a superfície do líquido. Porque, naturalmente, é uma substância, sua massa ocupa volume como qualquer outro. Este volume macroscópico é o produto do volume e interações de suas moléculas.

A molécula de água tem uma fórmula química H2Ou, com uma massa molecular de 18g / mol aproximadamente. Densidades tendo também dependente da temperatura, e uma macro-escala é considerado que a distribuição das moléculas é tão homogéneo quanto possível.

Com os valores de densidade ρ a uma temperatura T, para calcular o volume específico de água líquida, é suficiente aplicar a seguinte fórmula:

v = (1 / ρ)

É calculado determinando experimentalmente a densidade da água por meio de um pyknometer e então efetuando o cálculo matemático. Porque as moléculas de cada substância são diferentes umas das outras, assim será o volume específico resultante.

Se a densidade da água em uma ampla gama de temperaturas é de 0,997 kg / m3, seu volume específico é de 1.003 m3/ kg

Do ar

O ar é um gás de mistura homogénea composta principalmente de azoto (78%), seguido de oxigénio (21%) e, finalmente, por outros gases na atmosfera da terra. Sua densidade é uma expressão macroscópica de toda aquela mistura de moléculas, que não interage de maneira eficiente e se propaga em todas as direções.

Porque é assumido que a substância é contínua, sua propagação em um recipiente não modifica sua composição. Novamente, medindo a densidade nas condições descritas de temperatura e pressão, pode ser determinado qual volume ocupa 1 g de ar.

Como o volume específico é 1 / ρ e seu ρ é menor que o da água, seu volume específico é maior.

A explicação deste fato é baseada nas interações moleculares da água versus o ar; Este último, mesmo no caso de umidade, não se condensa a menos que seja submetido a temperaturas muito baixas e altas pressões.

Vapor

Nas mesmas condições, um grama de vapor ocupará um volume maior que o de um grama de ar? O ar é mais denso que a água na fase gasosa, porque é uma mistura de gases mencionados acima, ao contrário das moléculas de água.

À medida que o volume específico é o inverso da densidade, um grama de vapor ocupa mais volume (menos densa) do que um grama de ar.

As propriedades físicas do vapor como fluido são indispensáveis ​​em muitos processos industriais: dentro de trocadores de calor, para aumentar a umidade, limpar máquinas, entre outros.

Há muitas variáveis ​​a serem consideradas ao lidar com grandes quantidades de vapor dentro da indústria, especialmente no que diz respeito à mecânica dos fluidos.

De azoto

Como o resto dos gases, sua densidade depende consideravelmente da pressão (em oposição a sólidos e líquidos) e da temperatura. Assim, os valores para o volume específico variam de acordo com essas variáveis. Daí a necessidade de determinar seu volume específico para expressar o sistema em termos de propriedades intensivas.

Sem valores experimentais, através do raciocínio molecular, é difícil comparar a densidade do nitrogênio com a de outros gases. A molécula de nitrogênio é linear (N≡N) e a da água é angular.

Como uma "linha" ocupa menos volume que um "bumerangue", Então, pode-se esperar que, pela definição de densidade (m / V), o nitrogênio seja mais denso que a água. Usando uma densidade de 1.2506 Kg / m3, o volume específico para as condições em que este valor foi medido é de 0,7996 m3/ Kg; é simplesmente o recíproco (1 / ρ).

Do gás ideal

O gás ideal é aquele que obedece a equação:

P = nRT / V

Pode-se observar que a equação não considera nenhuma variável como estrutura ou volume molecular; nem considera como as moléculas de gás interagem umas com as outras em um espaço definido pelo sistema.

Em uma faixa limitada de temperaturas e pressões, todos os gases "se comportam" de maneira igual; por essa razão, é válido até certo ponto supor que eles obedecem à equação de gases ideais. Assim, a partir desta equação diversas propriedades dos gases podem ser determinadas, dentre elas o volume específico.

Para limpá-lo, é necessário expressar a equação em termos de variáveis ​​de densidade: massa e volume. Os moles são representados por n, e estes são o resultado da divisão da massa do gás pela sua massa molecular (m / M).

Tendo a massa m variável na equação, se for dividida por volume, a densidade pode ser obtida; a partir daqui, é suficiente para limpar a densidade e, em seguida, "inverter" ambos os lados da equação. Ao fazer isso, o volume específico é finalmente determinado.

A imagem inferior ilustra cada uma das etapas para chegar à expressão final do volume específico de um gás ideal.

Referências

  1. Wikipédia. (2018) Volume específico. Retirado de: en.wikipedia.org
  2. Study.com. (21 de agosto de 2017). O que é volume específico? - Definição, fórmula e unidades tiradas de: study.com
  3. NASA (05 de maio de 2015). Volume Específico. Retirado de: grc.nasa.gov
  4. Michael J. Moran e Howard N. Shapiro. (2004). Fundamentos da termodinâmica técnica. (2a edição). Editorial Reverté, página 13.
  5. Tópico 1: Conceitos de termodinâmica. [PDF] Retirado de: 4.tecnun.es
  6. TLV. (2018) Principais aplicativos para o Steam. Retirado de: tlv.com