¿Qué es el volumen específico?
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Volumen específico se define como el número de metros cúbicos ocupados por un kilogramo de materia. Es la relación entre el volumen de un material y su masa, que es lo mismo que el recíproco de su densidad. En otras palabras, el volumen específico es inversamente proporcional a la densidad. Se puede calcular o medir un volumen específico para cualquier estado de la materia, pero se usa con mayor frecuencia en cálculos que involucran gases.
La unidad estándar para volumen específico es metros cúbicos por kilogramo (m3/ kg), aunque puede expresarse en términos de mililitros por gramo (ml / g) o pies cúbicos por libra (pies3/ lb).
Intrínseco e Intensivo
La parte "específica" del volumen específico significa que se expresa en términos de unidad de masa. Es un propiedad intrínseca de materia, lo que significa que no depende del tamaño de la muestra. Del mismo modo, el volumen específico es un propiedad intensiva de materia que no se ve afectada por la cantidad de sustancia que existe o dónde se tomó la muestra.
Fórmulas específicas de volumen
Hay tres fórmulas comunes que se usan para calcular el volumen específico (ν):
- ν = V / m donde V es volumen ym es masa
- ν = 1 / ρ = ρ-1 donde ρ es densidad
- ν = RT / PM = RT / P donde R es la constante de gas ideal, T es la temperatura, P es la presión y M es la molaridad
La segunda ecuación generalmente se aplica a líquidos y sólidos porque son relativamente incompresibles. La ecuación puede usarse cuando se trata de gases, pero la densidad de un gas (y su volumen específico) puede cambiar drásticamente con un ligero aumento o disminución de la temperatura..
La tercera ecuación solo se aplica a gases ideales o a gases reales a temperaturas y presiones relativamente bajas que se aproximan a los gases ideales..
Tabla de valores de volumen específicos comunes
Los ingenieros y científicos generalmente se refieren a tablas de valores de volumen específicos. Estos valores representativos son para temperatura y presión estándar (STP), que es una temperatura de 0 ° C (273,15 K, 32 ° F) y una presión de 1 atm.
| Sustancia | Densidad | Volumen específico |
|---|---|---|
| (kg / m3) | (metro3/kg) | |
| Aire | 1.225 | 0,78 |
| Hielo | 916,7 | 0.00109 |
| Agua (líquido) | 1000 | 0.00100 |
| Agua salada | 1030 | 0.00097 |
| Mercurio | 13546 | 0.00007 |
| R-22 * | 3,66 | 0.273 |
| Amoníaco | 0,769 | 1,30 |
| Dióxido de carbono | 1.977 | 0,506 |
| Cloro | 2.994 | 0,333 |
| Hidrógeno | 0,0899 | 11.12 |
| Metano | 0.717 | 1,39 |
| Nitrógeno | 1,25 | 0,799 |
| Vapor* | 0,804 | 1,24 |
Las sustancias marcadas con un asterisco (*) no están en STP.
Dado que los materiales no siempre están en condiciones estándar, también hay tablas para materiales que enumeran valores de volumen específicos en un rango de temperaturas y presiones. Puede encontrar tablas detalladas para aire y vapor..
Usos de volumen específico
El volumen específico se usa con mayor frecuencia en ingeniería y en cálculos de termodinámica para física y química. Se usa para hacer predicciones sobre el comportamiento de los gases cuando cambian las condiciones.
Considere una cámara hermética que contiene un número determinado de moléculas:
- Si la cámara se expande mientras el número de moléculas permanece constante, la densidad del gas disminuye y el volumen específico aumenta.
- Si la cámara se contrae mientras el número de moléculas permanece constante, la densidad del gas aumenta y el volumen específico disminuye.
- Si el volumen de la cámara se mantiene constante mientras se eliminan algunas moléculas, la densidad disminuye y el volumen específico aumenta.
- Si el volumen de la cámara se mantiene constante mientras se agregan nuevas moléculas, la densidad aumenta y el volumen específico disminuye.
- Si la densidad se duplica, su volumen específico se reduce a la mitad.
- Si el volumen específico se duplica, la densidad se reduce a la mitad.
Volumen específico y gravedad específica
Si se conocen los volúmenes específicos de dos sustancias, esta información puede usarse para calcular y comparar sus densidades. La comparación de la densidad produce valores de gravedad específicos. Una aplicación de la gravedad específica es predecir si una sustancia flotará o se hundirá cuando se coloque sobre otra sustancia..
Por ejemplo, si la sustancia A tiene un volumen específico de 0.358 cm3/ gy la sustancia B tiene un volumen específico 0.374 cm3/ g, tomar el inverso de cada valor producirá la densidad. Por lo tanto, la densidad de A es 2.79 g / cm3 y la densidad de B es 2.67 g / cm3. La gravedad específica, comparando la densidad de A con B es 1.04 o la gravedad específica de B en comparación con A es 0.95. A es más denso que B, por lo que A se hundiría en B o B flotaría en A.
Ejemplo de cálculo
Se sabe que la presión de una muestra de vapor es de 2500 lbf / in2 a una temperatura de 1960 Rankine. Si la constante de gas es 0.596, ¿cuál es el volumen específico del vapor??
ν = RT / P
ν = (0.596) (1960) / (2500) = 0.467 en3/ lb
Fuentes
- Moran, Michael (2014). Fundamentos de Ingeniería Termodinámica, 8ª ed. Wiley ISBN 978-1118412930.
- Silverthorn, Dee (2016). Fisiología humana: un enfoque integrado. Pearson ISBN 978-0-321-55980-7.
- Walker, Jear (2010) l. Fundamentos de la física, novena edición. Halliday ISBN 978-0470469088 .
