נפח ספציפי: הגדרה, נוסחאות, דוגמאות

ווליום ספציפי מוגדר כמספר מטרים מעוקבים שנכבשים על ידי קילוגרם אחד משנה. זהו היחס בין נפח החומר לזה מסה, שזהה לדדי ההדדי שלו צפיפות. במילים אחרות, נפח ספציפי הוא ביחס הפוך לצפיפות. ניתן לחשב או למדוד נפח ספציפי לכל מצב של חומר, אך לרוב משתמשים בו בחישובים הכרוכים בכך גזים.

היחידה הסטנדרטית לנפח ספציפי היא קוב מעוקב לק"ג³/ ק"ג), אם כי זה עשוי להתבטא במונחים של מיליליטר לגרם (מ"ל / גרם) או רגל מעוקבת לכל קילוגרם (רגל)³/lb).

החלק ה"ספציפי "של נפח ספציפי פירושו שהוא בא לידי ביטוי במונחים של מסת יחידה. זה רכוש מהותי של החומר, כלומר זה לא תלוי בגודל המדגם. באופן דומה, נפח ספציפי הוא נכס אינטנסיבי של החומר זה לא מושפע מכמה חומר קיים או היכן הוא נדגם.

ישנן שלוש נוסחאות נפוצות המשמשות לחישוב נפח ספציפי (ν):

1. ν = V / m כאשר V הוא נפח ו- m הוא מסה
2. ν = 1 /ρ = ρ^-1 כאשר ρ הוא צפיפות
3. ν = RT / PM = RT / P כאשר R הוא האידיאלי קבוע גז, T הוא טמפרטורה, P הוא לחץ, ו- M הוא ה- מולאריות

המשוואה השנייה מיושמת בדרך כלל על נוזלים ומוצקים מכיוון שהם אינם דחוסים יחסית. ניתן להשתמש במשוואה בעת התמודדות עם גזים, אך צפיפות הגז (ונפחו הספציפי) עשויה להשתנות באופן דרמטי עם עלייה או ירידה קלה בטמפרטורה.

המשוואה השלישית חלה רק על גזים אידיאליים או לגזים אמיתיים בטמפרטורות נמוכות יחסית ולחצים המקורבים גזים אידיאליים.

מהנדסים ומדענים בדרך כלל מתייחסים לטבלאות עם ערכי נפח ספציפיים. ערכים ייצוגיים אלה מיועדים לטמפרטורה ולחץ סטנדרטיים (STP) שהיא טמפרטורה של 0 ° C (273.15 K, 32 ° F) ולחץ של 1 אטמוספרה.

חומרים המסומנים בכוכבית (*) אינם ב- STP.

מכיוון שחומרים לא תמיד נמצאים בתנאים סטנדרטיים, ישנם גם טבלאות לחומרים המפרטים ערכי נפח ספציפיים בטווח של טמפרטורות ולחצים. תוכלו למצוא טבלאות מפורטות לאוויר ואדים.

נפח ספציפי משמש לרוב בהנדסה ובחישובי תרמודינמיקה לפיזיקה וכימיה. הוא משמש לביצוע תחזיות לגבי התנהגות גזים כאשר התנאים משתנים.

שקול תא אטום המכיל מספר מוגדר של מולקולות:

• אם החדר מתרחב בעוד שמספר המולקולות נשאר קבוע, צפיפות הגז פוחתת והנפח הספציפי גדל.
• אם התא מתכווץ בעוד שמספר המולקולות נשאר קבוע, צפיפות הגז עולה והנפח הספציפי יורד.
• אם נפח החדר מוחזק קבוע בזמן שמוסרים מולקולות מסוימות, הצפיפות יורדת והנפח הספציפי עולה.
• אם הנפח של החדר מוחזק קבוע בזמן שנוספות מולקולות חדשות, הצפיפות עולה והנפח הספציפי יורד.
• אם הצפיפות מכפילה את נפחה הספציפי.
• אם נפח ספציפי מכפיל, הצפיפות נחתכת לשניים.

אם ידועים הנפחים הספציפיים של שני חומרים, ניתן להשתמש במידע זה כדי לחשב ולהשוות את צפיפותם. השוואת תשואות צפיפות כוח משיכה ספציפי ערכים. יישום אחד של כוח הכבידה הספציפי הוא לחזות אם חומר יצוף או ישקע כשהוא מונח על חומר אחר.

לדוגמה, אם לחומר A נפח ספציפי של 0.358 ס"מ³/ גרם ולחומר B נפח ספציפי של 0.374 ס"מ³/ g, לקיחת ההיפוך של כל ערך תניב את הצפיפות. לפיכך, צפיפות A היא 2.79 גרם / ס"מ³ והצפיפות של B היא 2.67 גרם / ס"מ³. כוח הכבידה הספציפי, בהשוואת הצפיפות של A ל- B הוא 1.04 או הכובד הספציפי של B לעומת A הוא 0.95. A צפוף יותר מ- B, ולכן A ישקע ב B או B היה צף על A.

ידוע כי הלחץ של מדגם קיטור הוא 2500 קילוגרם / אינץ '² בטמפרטורה של 1960 רנקין. אם קבוע הגז הוא 0.596, מהו הנפח הספציפי של הקיטור?

ν = RT / P

ν = (0.596) (1960) / (2500) = 0.467 בתוך³/lb

• מורן, מייקל (2014). יסודות התרמודינמיקה ההנדסית, Ed. 8. וויילי. ISBN 978-1118412930.
• סילברטורן, די (2016). פיזיולוגיה אנושית: גישה משולבת. פירסון. ISBN 978-0-321-55980-7.
• ווקר, ג'יר (2010) l. יסודות הפיזיקה, Ed Ed. יום הולדת. ISBN 978-0470469088.