كمية محددة من المياه والهواء والبخار والنيتروجين والغاز المثالي

ال حجم معين إنها خاصية خاصية مكثفة لكل عنصر أو مادة. يتم تعريفه رياضيا على أنه العلاقة بين الحجم الذي تشغله كمية معينة من المادة (كيلوغرام أو جرام) ؛ وبعبارة أخرى ، هو متبادل الكثافة.

تشير الكثافة إلى مقدار 1 مل من المواد التي تزن (السائل ، الصلب ، الغازي ، أو خليط متجانس أو غير متجانس) ، في حين يشير الحجم المعين إلى الحجم الذي يشغل 1 جم (أو 1 كجم) منه. وبالتالي ، ومع معرفة كثافة مادة ما ، يكفي حساب المعاملة بالمثل لتحديد حجمها المحدد.

إلى ماذا تشير كلمة "محددة"؟ عندما يقال أن أي خاصية محددة ، فهذا يعني أنه يتم التعبير عنها كدالة للكتلة ، والتي تسمح بتحولها من خاصية واسعة (تعتمد على الكتلة) إلى خاصية مكثفة (مستمرة في جميع نقاط النظام)..

الوحدات التي يتم التعبير عنها عادةً بحجم معين هي (م³/ كلغ) أو (سم³/ ز). ومع ذلك ، على الرغم من أن هذه الخاصية لا تعتمد على الكتلة ، إلا أنها تعتمد على متغيرات أخرى ، مثل حوادث درجة الحرارة أو الضغط على المادة. هذا يسبب غرام مادة تشغل مساحة أكبر في درجات حرارة أعلى.

مؤشر

• 1 ماء
• 2 من الهواء
• 3 البخار
• 4 من النيتروجين
• 5 من الغاز المثالي
• 6 المراجع

من الماء

في الصورة الأولى ، يمكنك رؤية قطرة ماء على وشك الاختلاط مع سطح السائل. لأنه ، بطبيعة الحال ، هو مادة ، كتلتها تحتل حجم مثل أي شيء آخر. هذا الحجم المجهري هو نتاج لحجم وتفاعلات جزيئاته.

يحتوي جزيء الماء على تركيبة كيميائية H₂أو ، مع الكتلة الجزيئية من 18g / مول تقريبا. تعتمد الكثافة التي تظهرها أيضًا على درجة الحرارة ، وعلى مقياس ماكرو ، يعتبر توزيع جزيئاتها متجانسًا قدر الإمكان.

مع قيم الكثافة ρ عند درجة حرارة T ، لحساب الحجم المحدد للمياه السائلة ، يكفي تطبيق المعادلة التالية:

ت = (1 / ρ)

يتم حسابه عن طريق تحديد كثافة المياه تجريبياً عن طريق مقياس ضغط الدم ثم إجراء الحساب الرياضي. لأن جزيئات كل مادة تختلف عن بعضها البعض ، لذلك فإن الحجم المحدد الناتج.

إذا كانت كثافة الماء على نطاق واسع من درجات الحرارة 0.997 كجم / م³, حجمها المحدد هو 1003 م³/ كجم.

من الهواء

الهواء عبارة عن خليط غازي متجانس ، يتكون بشكل أساسي من النيتروجين (78٪) ، يليه الأكسجين (21٪) وأخيراً غازات أخرى من الغلاف الجوي للأرض. كثافته هي تعبير عياني لكل ذلك المزيج من الجزيئات ، التي لا تتفاعل بكفاءة وتنتشر في جميع الاتجاهات.

لأنه من المفترض أن المادة مستمرة ، فإن انتشارها في حاوية لا يعدل تركيبها. مرة أخرى ، من خلال قياس الكثافة في ظروف الحرارة والضغط الموصوفة ، يمكن تحديد الحجم الذي يشغل 1 غرام من الهواء.

نظرًا لأن الحجم المعين هو 1 / ρ ، وحجمه أصغر من حجم الماء ، فإن حجمه المحدد أكبر.

يعتمد تفسير هذه الحقيقة على التفاعلات الجزيئية للماء والتفاعلات الجوية ؛ هذا الأخير ، حتى في حالة الرطوبة ، لا يتكثف إلا إذا تعرض لدرجات حرارة شديدة البرودة وضغوط عالية.

بخار

في ظل نفس الظروف ، هل يشغل غرام البخار حجمًا أكبر من جرام الهواء؟ الهواء أكثر كثافة من الماء في طور الغاز ، لأنه مزيج من الغازات المذكورة أعلاه ، على عكس جزيئات الماء.

نظرًا لأن الحجم المحدد هو معكوس الكثافة ، يشغل غرام واحد من البخار حجمًا أكبر (أقل كثافة) من غرام واحد من الهواء.

لا غنى عن الخواص الفيزيائية للبخار كسائل في العديد من العمليات الصناعية: داخل مبادلات الحرارة ، لزيادة الرطوبة ، والآلات النظيفة ، وغير ذلك الكثير.

هناك العديد من المتغيرات التي يجب مراعاتها عند التعامل مع كميات كبيرة من البخار داخل الصناعة ، خاصة فيما يتعلق بميكانيكا السوائل..

من النيتروجين

مثل بقية الغازات ، تعتمد كثافتها بشكل كبير على الضغط (على عكس المواد الصلبة والسوائل) وعلى درجة الحرارة. وبالتالي ، تختلف قيم وحدة التخزين الخاصة بها وفقًا لهذه المتغيرات. من هنا تنشأ الحاجة إلى تحديد حجمها المحدد للتعبير عن النظام من حيث الخصائص المكثفة.

بدون القيم التجريبية ، من خلال التفكير الجزيئي ، من الصعب مقارنة كثافة النيتروجين مع كثافة الغازات الأخرى. جزيء النيتروجين خطي (N≡N) وجزيء الماء زاوي.

ك "خط" تحتل حجم أقل من "الكيد المرتد"ومن ثم يمكن توقع أن يكون النيتروجين أكثر كثافة من الماء عند تعريف الكثافة (م / ت)". باستخدام كثافة 1.2506 كجم / م³, حجم معين للظروف التي تم فيها قياس هذه القيمة هو 0.7996 م³/ كجم ؛ إنها ببساطة المعاملة بالمثل (1 / ρ).

من الغاز المثالي

الغاز المثالي هو الذي يطيع المعادلة:

P = nRT / V

يمكن ملاحظة أن المعادلة لا تعتبر أي متغير كهيكل أو حجم جزيئي ؛ كما أنها لا تنظر في كيفية تفاعل جزيئات الغاز مع بعضها البعض في مساحة محددة بواسطة النظام.

في نطاق محدود من درجات الحرارة والضغوط ، تتصرف جميع الغازات على قدم المساواة ؛ لهذا السبب فإنه من الصحيح إلى حد ما أن نفترض أنها تطيع معادلة الغازات المثالية. وبالتالي ، من خلال هذه المعادلة ، يمكن تحديد العديد من خصائص الغازات ، من بينها الحجم المحدد.

لمسحها ، من الضروري التعبير عن المعادلة من حيث متغيرات الكثافة: الكتلة والحجم. يتم تمثيل الشامات بـ n ، وهذه هي نتيجة قسمة كتلة الغاز على الكتلة الجزيئية (m / M).

الحصول على الكتلة المتغيرة m في المعادلة ، إذا تم تقسيمها حسب الحجم ، يمكن الحصول على الكثافة ؛ من هنا يكفي إزالة الكثافة ثم "قلب" كلا طرفي المعادلة. من خلال القيام بذلك ، يتم تحديد حجم معين أخيرًا.

توضح الصورة السفلية كل خطوة من الخطوات للوصول إلى التعبير النهائي عن الحجم المحدد للغاز المثالي.

مراجع

1. ويكيبيديا. (2018). حجم معين. مأخوذة من: en.wikipedia.org
2. Study.com. (21 أغسطس 2017). ما هو حجم معين؟ - التعريف ، الصيغة والوحدات المأخوذة من: study.com
3. وكالة ناسا. (05 مايو 2015). حجم معين مأخوذة من: grc.nasa.gov
4. مايكل جيه. موران وهوارد ن. شابيرو. (2004). أساسيات الديناميكا الحرارية التقنية. (الطبعة الثانية). افتتاحية التحرير ، صفحة 13.
5. الموضوع 1: مفاهيم الديناميكا الحرارية. [PDF]. مأخوذة من: 4.tecnun.es
6. TLV. (2018). التطبيقات الرئيسية للبخار. مأخوذة من: tlv.com