Spezifisches Volumen: was es bedeutet und wie man es berechnet

Volumen ( V ) ist der Raum, den ein Material einnimmt. Es ist eine allgemeine oder umfassende Eigenschaft , da sie von der Menge der Materie abhängt und es nicht erlaubt, ein Material zu identifizieren oder von einem anderen zu unterscheiden. Das heißt, alle Materialien haben unabhängig von ihrem physikalischen Zustand und anderen Eigenschaften ein Volumen; Zwei Materialien können das gleiche Volumen haben, obwohl sie unterschiedlich sind.

Die Maßeinheit für das Volumen ist Kubikmeter m ³ . ^{Einheiten wie Kubikzentimeter cm 3} werden auch verwendet , um normale Feststoffe zu messen. Für Flüssigkeiten und Gase werden die Kubikdezimeter dm ³ und die Milliliter ml verwendet.

Im Gegensatz zum Volumen bezieht sich das spezifische Volumen ( v ) auf das Volumen eines Materials pro Masseneinheit (m). Es ist eine intensive oder spezifische Eigenschaft , da sie für jedes Material charakteristisch ist und es daher ermöglicht, einige Materialien von anderen zu unterscheiden.

Die Maßeinheit für das spezifische Volumen ist Kubikmeter pro Kilogramm (m ³ /kg), obwohl es auch in Milliliter pro Gramm (ml/g) oder Kubikfuß pro Pfund (ft ³ /lb) ausgedrückt werden kann. Das spezifische Volumen (v) wird durch die Gleichheit ausgedrückt

Beispiel. Berechnen Sie das spezifische Volumen eines 15,29 kg schweren Objekts auf einer 15,2 m ³ großen Oberfläche .

Unter Berücksichtigung dessen

So:

Das spezifische Volumen und die Dichte

Aus der Formel des spezifischen Volumens ( v ) kann das Volumen ( V ) gelöst werden. wieder, ja

dann erhält man Gleichung [1]:

Andererseits ist die Dichte ( ρ ) die Masse einer Substanz in einer Volumeneinheit. Diese Eigenschaft ist umgekehrt zum spezifischen Volumen ( v ). Dies unter Berücksichtigung, dass, wenn die Dichte ist

indem V durch Gleichung [1] ersetzt wird:

Und durch Entfernen der Masse ( m ) sowohl vom Zähler als auch vom Nenner:

so dass:

Das spezifische Volumen (v) wiederum ist reziprok zur Dichte ( ρ ), wenn man weiß, dass wenn

beim Löschen der Einheit:

Lösen Sie nun nach dem spezifischen Volumen ( v ):

Kurz gesagt, ρ =1/v und v=1/ρ , was zeigt, dass dies zwei Kehrwerte sind.

Beispiel. Betrachten Sie eine Flüssigkeit mit einer Dichte von 750 kg/m ³ . Was ist sein spezifisches Volumen?

Ja

So

Die Übereinstimmung zwischen der Dichte und dem spezifischen Volumen ermöglicht die Vorhersage des Verhaltens von Flüssigkeiten, wenn sich die Bedingungen des Systems, in dem sie sich befinden, ändern. Wenn Sie beispielsweise eine luftdichte Kammer betrachten, die eine bestimmte Anzahl von Gasmolekülen enthält:

• Dehnt sich die Kammer aus, während die Anzahl der Moleküle konstant bleibt, nimmt die Dichte des Gases ab und das spezifische Volumen zu.
• Zieht sich die Kammer zusammen, während die Anzahl der Moleküle konstant bleibt, nimmt die Dichte des Gases 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 zu.
• Wenn das Volumen der Kammer konstant gehalten wird, während neue Moleküle hinzugefügt werden, nimmt die Dichte zu und das spezifische Volumen ab.
• Bei Verdoppelung der Dichte halbiert sich sein spezifisches Volumen.
• Verdoppelt man das spezifische Volumen, halbiert sich die Dichte.

Das infinitesimale spezifische Volumen

Das spezifische Volumen eines Materials in einem Gravitationsfeld kann von Punkt zu Punkt variieren. Beispielsweise nimmt das spezifische Volumen eines Fluids wie der Atmosphäre mit zunehmender Höhe zu. Diese Änderung wird durch den Buchstaben δ (Delta) dargestellt, sodass δV die Volumenänderung (oder infinitesimales Volumen) und δm die Massenänderung ist.

Das infinitesimale spezifische Volumen wird dann ausgedrückt als:

Spezifisches Volumen und Gewicht

Wenn die spezifischen Volumina zweier Stoffe bekannt sind, können diese Informationen verwendet werden, um ihre Dichten zu berechnen und zu vergleichen. Durch den Vergleich der Dichte werden spezifische Gewichtswerte erhalten. Eine Anwendung des spezifischen Gewichts besteht darin, vorherzusagen, ob eine Substanz schwimmt oder sinkt, wenn sie auf eine andere Substanz gelegt wird.

Beispiel. Wenn Stoff A ein spezifisches Volumen von 0,358 cm ³ /g und Stoff B ein spezifisches Volumen von 0,374 cm ³ /g hat, welcher Stoff würde auf dem anderen sinken oder schwimmen?

Als

Wenn man den Kehrwert jedes Werts nimmt, erhält man die Dichte.

Substanz A

was 2,79 g/cm³ ^entspricht .

Substanz B

was 2,67 g/cm³ ^entspricht .

Das spezifische Gewicht ist der Vergleich der Dichte von Stoff A mit der von Stoff B

Dabei ist das spezifische Gewicht von Stoff B im Vergleich zu dem von Stoff A

Daher ist Stoff A dichter als Stoff B, also würde Stoff A in Stoff B sinken oder B würde in A schwimmen.

Quellen

Dobson, K. et al . Physikalische Wissenschaften . New York: Holt Mcdougal, 2013
Hewitt, P. Konzeptuelle Physik . Mexiko: Pearson Education, zehnte Auflage, 2007.
Kirkpatricj, L., Francis, G. Physik: Ein Blick auf die Welt . Mexiko: Cengage Learning Publishers, 2010.