Specifik volym: vad det betyder och hur man beräknar det

Volym ( V ) är det utrymme som ett material upptar. Det är en allmän eller omfattande egenskap , eftersom den beror på mängden materia och inte tillåter att ett material identifieras eller särskiljas från ett annat. Det vill säga alla material har en volym oavsett deras fysiska tillstånd och andra egenskaper; Två material kan ha samma volym trots att de är olika.

Måttenheten för volym är kubikmetern m ³ . ^{Enheter som kubikcentimeter cm 3} används också för att mäta vanliga fasta ämnen. För vätskor och gaser används kubikdecimetern dm ^{3 och milliliter ml.}

Till skillnad från volym avser specifik volym ( v ) volymen av ett material per massenhet (m). Det är en intensiv eller specifik egenskap , eftersom det är karakteristiskt för varje material och därför gör det möjligt att skilja vissa material från andra.

Måttenheten för specifik volym är kubikmeter per kilogram (m ³ /kg), även om den kan uttryckas i termer av milliliter per gram (ml/g) eller kubikfot per pund (ft ³ /lb). Den specifika volymen (v) uttrycks genom jämlikheten

Exempel. Beräkna den specifika volymen för ett 15,29 kg föremål på en 15,2 m ³ yta .

Med hänsyn till det

så:

Den specifika volymen och densiteten

Från formeln för den specifika volymen ( v ) kan volymen ( V ) lösas. igen, ja

då erhålls ekvation [1]:

Å andra sidan är densitet ( ρ ) mängden massa av ett ämne i en volymenhet. Denna egenskap är invers mot den specifika volymen ( v ). Detta, med hänsyn till att om densiteten är

genom att ersätta V med ekvation [1]:

Och genom att ta bort massan ( m ) från både täljaren och nämnaren:

så att:

I sin tur är den specifika volymen (v) reciprok till densiteten ( ρ ), med vetskap om att om

när du rensar enheten:

Löser nu för den specifika volymen ( v ):

Kort sagt, ρ =1/v och v=1/ρ vilket visar att dessa är två reciproka.

Exempel. Betrakta en vätska med en densitet på 750 kg/m ³ . Vad är dess specifika volym?

Ja

så

Överensstämmelsen mellan densiteten och den specifika volymen gör det möjligt att förutsäga beteendet hos vätskor när förhållandena i systemet där de finns förändras. Till exempel, när man överväger en lufttät kammare som innehåller ett givet antal gasmolekyler:

• Om kammaren expanderar medan antalet molekyler förblir konstant, minskar gasens densitet och den specifika volymen ökar.
• Om kammaren drar ihop sig medan antalet molekyler förblir konstant, ökar gasens densitet och den specifika volymen minskar.
• Om volymen av kammaren hålls konstant medan vissa molekyler avlägsnas, minskar densiteten och den specifika volymen ökar.
• Om volymen av kammaren hålls konstant medan nya molekyler tillsätts, ökar densiteten och den specifika volymen minskar.
• Om densiteten fördubblas, halveras dess specifika volym.
• Om den specifika volymen fördubblas halveras densiteten.

Den oändliga specifika volymen

Den specifika volymen av ett material i ett gravitationsfält kan variera från en punkt till en annan. Till exempel ökar den specifika volymen av en vätska som atmosfären med ökande höjd. Denna variation representeras av bokstaven δ (delta), så att δV är förändringen i volym (eller oändligt liten volym) och δm är förändringen i massa.

Den infinitesimala specifika volymen uttrycks sedan som:

Specifik volym och vikt

Om de specifika volymerna för två ämnen är kända kan denna information användas för att beräkna och jämföra deras densiteter. Genom att jämföra densiteten erhålls specifika viktvärden. En tillämpning av specifik vikt är att förutsäga om ett ämne kommer att flyta eller sjunka när det placeras ovanpå ett annat ämne.

Exempel. Om ämne A har en specifik volym på 0,358 cm ³ /g och ämne B har en specifik volym på 0,374 cm ³ /g, vilket ämne skulle sjunka eller flyta ovanpå det andra?

Som

Om man tar inversen av varje värde erhålls densiteten.

ämne A

vilket motsvarar 2,79 g/cm ³ .

ämne B

vilket motsvarar 2,67 g/cm ³ .

Den specifika vikten, att jämföra densiteten för ämne A med den för ämne B är

Medan den specifika vikten för ämne B jämfört med den för ämne A är

Därför är ämne A tätare än ämne B, så ämne A skulle sjunka i ämne B eller B skulle flyta i A.

Källor

Dobson, K et al . Fysiska vetenskaper . New York: Holt Mcdougal, 2013
Hewitt, P. Conceptual Physics . Mexiko: Pearson Education, tionde upplagan, 2007.
Kirkpatricj, L., Francis, G. Physics: A look at the world . Mexiko: Cengage Learning Publishers, 2010.