Các khối lượng cụ thể là một tài sản chuyên sâu đặc trưng của mỗi phần tử hoặc các tài liệu. Nó được định nghĩa về mặt toán học là mối quan hệ giữa khối lượng chiếm bởi một lượng vật chất nhất định (một kg hoặc một gam); nói cách khác, nó là nghịch đảo của mật độ.
Tỷ trọng cho biết 1 mL vật chất nặng bao nhiêu (lỏng, rắn, khí, hoặc một hỗn hợp đồng nhất hoặc không đồng nhất), trong khi thể tích riêng chỉ thể tích chiếm 1 g (hoặc 1 kg) của nó. Như vậy, biết khối lượng riêng của một chất, chỉ cần tính nghịch đảo là đủ để xác định khối lượng riêng của nó.
Từ "cụ thể" ám chỉ điều gì? Khi bất kỳ thuộc tính nào được cho là cụ thể, điều đó có nghĩa là nó được biểu thị dưới dạng một hàm của khối lượng, cho phép chuyển đổi từ thuộc tính mở rộng (phụ thuộc vào khối lượng) sang thuộc tính chuyên sâu (liên tục tại tất cả các điểm trong hệ thống).
Các đơn vị trong đó khối lượng riêng thường được biểu thị là (m 3 / Kg) hoặc (cm 3 / g). Tuy nhiên, mặc dù tính chất này không phụ thuộc vào khối lượng, nhưng nó phụ thuộc vào các biến số khác, chẳng hạn như sự cố nhiệt độ hoặc áp suất trên chất. Điều này làm cho một gam chất chiếm nhiều thể tích hơn ở nhiệt độ cao hơn.
Của nước
Trong hình ảnh đầu tiên, bạn có thể thấy một giọt nước sắp trộn với bề mặt của chất lỏng. Bởi vì nó là một chất tự nhiên, khối lượng của nó chiếm thể tích như bất kỳ chất nào khác. Thể tích vĩ mô này là sản phẩm của thể tích và tương tác giữa các phân tử của nó.
Phân tử nước có công thức hóa học H 2 O, với khối lượng phân tử xấp xỉ 18g / mol. Mật độ mà nó thể hiện cũng phụ thuộc vào nhiệt độ, và ở cấp độ vĩ mô, sự phân bố của các phân tử của nó được coi là đồng nhất nhất có thể.
Với giá trị khối lượng riêng ρ ở nhiệt độ T, để tính thể tích riêng của nước lỏng, chỉ cần áp dụng công thức sau:
v = (1 / ρ)
Nó được tính toán bằng cách thực nghiệm xác định khối lượng riêng của nước sử dụng pycnometer và sau đó thực hiện phép tính toán học. Vì phân tử của mỗi chất là khác nhau, nên khối lượng riêng thu được cũng vậy.
Nếu mật độ của nước trên một phạm vi nhiệt độ rộng là 0,997 kg / m 3 , khối lượng cụ thể của nó là 1,003 m 3 / kg.
Từ không khí
Không khí là một hỗn hợp khí đồng nhất, bao gồm chủ yếu là nitơ (78%), tiếp theo là ôxy (21%) và cuối cùng là các khí khác trong khí quyển trái đất. Mật độ của nó là một biểu hiện vĩ mô của tất cả hỗn hợp các phân tử, chúng không tương tác hiệu quả và lan truyền theo mọi hướng.
Bởi vì chất được giả định là liên tục, sự lan truyền của nó trong bình chứa không thay đổi thành phần của nó. Một lần nữa, bằng cách đo khối lượng riêng ở các điều kiện nhiệt độ và áp suất đã mô tả, người ta có thể xác định 1 g không khí chiếm thể tích nào.
Vì thể tích riêng là 1 / ρ, và ρ của nó nhỏ hơn của nước, nên thể tích riêng của nó lớn hơn.
Lời giải thích cho thực tế này là dựa trên sự tương tác phân tử của nước và không khí; thứ hai, ngay cả trong trường hợp độ ẩm, không ngưng tụ trừ khi nó phải chịu nhiệt độ rất lạnh và áp suất cao.
Từ hơi nước
Trong cùng điều kiện, a gam hơi sẽ chiếm thể tích lớn hơn a gam không khí? Không khí đặc hơn nước ở pha khí, vì nó là hỗn hợp của các chất khí nói trên, không giống như các phân tử nước.
Vì thể tích riêng là nghịch đảo của khối lượng riêng, nên một gam hơi chiếm nhiều thể tích hơn (nó nhỏ hơn) so với một gam không khí.
Các đặc tính vật lý của hơi nước như một chất lỏng rất cần thiết trong nhiều quy trình công nghiệp: bên trong các bộ trao đổi nhiệt, để tăng độ ẩm, làm sạch máy móc, v.v.
Có nhiều biến số cần xem xét khi xử lý một lượng lớn hơi nước trong các ngành công nghiệp, đặc biệt là liên quan đến cơ học của chất lỏng.
Nitơ
Giống như các chất khí còn lại, mật độ của nó phụ thuộc đáng kể vào áp suất (không giống như chất rắn và chất lỏng) và nhiệt độ. Do đó, các giá trị cho khối lượng cụ thể của nó thay đổi theo các biến này. Do đó cần phải xác định khối lượng riêng của nó để thể hiện hệ thống về các tính chất chuyên sâu.
Nếu không có các giá trị thực nghiệm, thông qua lập luận phân tử, khó có thể so sánh khối lượng riêng của nitơ với khối lượng riêng của các chất khí khác. Phân tử nitơ có dạng thẳng (N≡N) và của nước là dạng góc.
Vì một "đường" chiếm thể tích ít hơn "boomerang", do đó nitơ có thể được mong đợi là đậm đặc hơn nước theo định nghĩa của mật độ (m / V). Sử dụng khối lượng riêng là 1,2506 Kg / m 3 , khối lượng riêng tại các điều kiện đo được giá trị này là 0,7996 m 3 / Kg; nó chỉ đơn giản là nghịch đảo (1 / ρ).
Của khí lý tưởng
Khí lý tưởng tuân theo phương trình:
P = nRT / V
Có thể thấy rằng phương trình không xét đến bất kỳ một biến số nào như cấu tạo hay thể tích phân tử; nó cũng không xem xét cách các phân tử khí tương tác với nhau trong một không gian được xác định bởi hệ thống.
Trong một phạm vi nhiệt độ và áp suất giới hạn, tất cả các chất khí đều “hoạt động” như nhau; vì lý do này, ở một mức độ nào đó, giả sử rằng chúng tuân theo phương trình khí lý tưởng là hợp lệ. Do đó, từ phương trình này, một số tính chất của chất khí có thể được xác định, bao gồm cả thể tích riêng.
Để giải nó, cần phải biểu diễn phương trình dưới dạng các biến mật độ: khối lượng và thể tích. Số mol được biểu thị bằng n, và đây là kết quả của phép chia khối lượng của khí cho khối lượng phân tử của nó (m / M).
Lấy khối lượng biến đổi m trong phương trình, nếu nó chia cho khối lượng thì được khối lượng riêng; Từ đây, nó là đủ để xóa mật độ và sau đó "lật" cả hai vế của phương trình. Bằng cách này, khối lượng cụ thể cuối cùng đã được xác định.
Hình ảnh dưới đây minh họa từng bước để đi đến biểu thức cuối cùng của thể tích riêng của khí lý tưởng.
Người giới thiệu
- Wikipedia. (2018). Khối lượng riêng. Lấy từ: en.wikipedia.org
- Nghiên cứu.com. (Ngày 21 tháng 8 năm 2017). Khối lượng riêng là gì? - Định nghĩa, Công thức & Đơn vị Lấy từ: study.com
- NỒI. (Ngày 5 tháng 5 năm 2015). Khối lượng riêng. Lấy từ: grc.nasa.gov
- Michael J. Moran và Howard N. Shapiro. (2004). Cơ bản của nhiệt động lực học kỹ thuật. (Ấn bản lần 2). Editorial Reverté, trang 13.
- Bài 1: Các khái niệm về nhiệt động lực học. . Lấy từ: 4.tecnun.es
- TLV. (2018). Các ứng dụng chính cho Steam. Lấy từ: tlv.com