Специфичен обем: какво означава и как да го изчислим

Обем ( V ) е пространството , което заема даден материал. Това е общо или екстензивно свойство , тъй като зависи от количеството материя и не позволява един материал да бъде идентифициран или разграничен от друг. Тоест всички материали имат обем, независимо от физическото им състояние и други характеристики; Два материала могат да имат еднакъв обем, въпреки че са различни.

Единицата за измерване на обем е кубичен метър m ³ . ^{Единици като кубичен сантиметър cm 3} също се използват за измерване на обикновени твърди вещества. За течности и газове се използват кубичен дециметър dm ³ и милилитър ml.

За разлика от обема, специфичният обем ( v ) се отнася до обема на материал за единица маса (m). Това е интензивно или специфично свойство , тъй като е характерно за всеки материал и следователно позволява разграничаването на някои материали от други.

Мерната единица за специфичен обем е кубичният метър на килограм (m ³ /kg), въпреки че може да се изрази като милилитри на грам (ml/g) или кубични футове на фунт (ft ³ /lb). Специфичният обем (v) се изразява чрез равенството

Пример. Изчислете специфичния обем на предмет от 15,29 kg върху повърхност от 15,2 m ³ .

Като се има предвид, че

така:

Специфичният обем и плътност

От формулата за специфичния обем ( v ) може да се определи обемът ( V ). отново, да

тогава се получава уравнение [1]:

От друга страна, плътността ( ρ ) е количеството маса на веществото в единица обем. Това свойство е обратно на специфичния обем ( v ). Това, като се има предвид, че ако плътността е

чрез заместване на V с уравнение [1]:

И чрез премахване на масата ( m ) както от числителя, така и от знаменателя:

така че:

От своя страна специфичният обем (v) е реципрочен на плътността ( ρ ), знаейки, че ако

при изчистване на модула:

Сега, решаване на конкретния обем ( v ):

Накратко, ρ =1/v и v=1/ρ , което показва, че това са две реципрочни величини.

Пример. Да разгледаме течност с плътност 750 kg/m ³ . Какъв е неговият специфичен обем?

да

така

Съответствието между плътността и специфичния обем позволява да се предвиди поведението на течностите, когато условията на системата, в която се намират, се променят. Например, когато разглеждаме херметична камера, съдържаща даден брой газови молекули:

• Ако камерата се разширява, докато броят на молекулите остава постоянен, плътността на газа намалява и специфичният обем се увеличава.
• Ако камерата се свие, докато броят на молекулите остава постоянен, плътността на газа се увеличава и специфичният обем намалява.
• Ако обемът на камерата се поддържа постоянен, докато някои молекули се отстраняват, плътността намалява и специфичният обем се увеличава.
• Ако обемът на камерата се поддържа постоянен, докато се добавят нови молекули, плътността се увеличава и специфичният обем намалява.
• Ако плътността се удвои, нейният специфичен обем намалява наполовина.
• Ако специфичният обем се удвои, плътността намалява наполовина.

Безкрайно малък специфичен обем

Специфичният обем на материал в гравитационно поле може да варира от една точка до друга. Например, специфичният обем на течност като атмосферата се увеличава с увеличаване на височината. Тази вариация е представена с буквата δ (делта), така че δV е промяната в обема (или безкрайно малък обем), а δm е промяната в масата.

След това безкрайно малкият специфичен обем се изразява като:

Специфичен обем и гравитация

Ако специфичните обеми на две вещества са известни, тази информация може да се използва за изчисляване и сравняване на техните плътности. Чрез сравняване на плътността се получават стойности на специфичното тегло. Едно приложение на специфичната гравитация е да се предвиди дали дадено вещество ще изплува или ще потъне, когато се постави върху друго вещество.

Пример. Ако вещество А има специфичен обем от 0,358 cm ³ /g и вещество B има специфичен обем от 0,374 cm ³ /g, кое вещество би потънало или изплувало върху другото?

Като

вземането на обратната стойност на всяка стойност ще получи плътността.

вещество А

което е еквивалентно на 2,79 g/cm ³ .

вещество Б

което е еквивалентно на 2,67 g/cm ³ .

Специфичното тегло, сравняващо плътността на вещество А с това на вещество Б е

Докато специфичното тегло на вещество B в сравнение с това на вещество A е

Следователно субстанция А е по-плътна от субстанция Б, така че субстанция А ще потъне във субстанция В или В ще плава в А.

Източници

Dobson, K et al . Физически науки . Ню Йорк: Холт Макдугъл, 2013
Хюит, П. Концептуална физика . Мексико: Pearson Education, десето издание, 2007 г.
Kirkpatricj, L., Francis, G. Физика: Поглед към света . Мексико: Cengage Learning Publishers, 2010 г.