حجم معين يعرف بعدد الأمتار المكعبة التي يشغلها كيلوغرام واحد من شيء. وهي نسبة حجم المادة إلى حجمها كتلة، وهو نفس المعاملة بالمثل كثافة. وبعبارة أخرى ، فإن الحجم المحدد يتناسب عكسيا مع الكثافة. يمكن حساب الحجم المحدد أو قياسه لأي حالة للمادة ، ولكن غالبًا ما يتم استخدامه في الحسابات التي تنطوي عليها غازات.
الوحدة القياسية لحجم معين هي متر مكعب لكل كيلوغرام (م3/ كغم) ، على الرغم من أنه يمكن التعبير عنه بالمليلتر لكل جرام (مل / جم) أو قدم مكعب لكل رطل (قدم)3/lb).
جوهري ومكثف
الجزء "المحدد" من حجم معين يعني أنه يتم التعبير عنه من حيث كتلة الوحدة. إنه ل خاصية ذاتية المادةمما يعني أنها لا تعتمد على حجم العينة. وبالمثل ، فإن الحجم المحدد هو خاصية مكثفة المادة التي لا تتأثر بكمية المادة الموجودة أو مكان أخذ العينات منها.
صيغ حجم معين
هناك ثلاث صيغ شائعة تستخدم لحساب حجم معين (ν):
- ν = V / م حيث V هو الحجم و m هو الكتلة
- ν = 1 /ρ = ρ-1 حيث ρ هي الكثافة
- RT = RT / PM = RT / P حيث R هي المثالية ثابت الغاز، T هي درجة الحرارة ، P هي الضغط ، و M هي المولارية
عادة ما يتم تطبيق المعادلة الثانية على السوائل والمواد الصلبة لأنها غير قابلة للضغط نسبيًا. يمكن استخدام المعادلة عند التعامل مع الغازات ، ولكن كثافة الغاز (وحجمه المحدد) قد تتغير بشكل كبير مع زيادة طفيفة أو انخفاض في درجة الحرارة.
المعادلة الثالثة تنطبق فقط غازات مثالية أو للغازات الحقيقية عند درجات حرارة وضغوط منخفضة نسبيًا تقارب الغازات المثالية.
جدول قيم الحجم المحددة المشتركة
يشير المهندسون والعلماء عادةً إلى جداول ذات قيم حجم معينة. هذه القيم التمثيلية هي لدرجة الحرارة والضغط القياسيين (STP) ، وهي درجة حرارة 0 درجة مئوية (273.15 كلفن ، 32 درجة فهرنهايت) وضغط 1 ضغط جوي.
| مستوى | كثافة | حجم معين |
|---|---|---|
| (كجم / م3) | (م3/kg) | |
| الهواء | 1.225 | 0.78 |
| جليد | 916.7 | 0.00109 |
| الماء (السائل) | 1000 | 0.00100 |
| ماء مالح | 1030 | 0.00097 |
| الزئبق | 13546 | 0.00007 |
| R-22 * | 3.66 | 0.273 |
| الأمونيا | 0.769 | 1.30 |
| نشبع | 1.977 | 0.506 |
| الكلور | 2.994 | 0.334 |
| هيدروجين | 0.0899 | 11.12 |
| الميثان | 0.717 | 1.39 |
| نتروجين | 1.25 | 0.799 |
| بخار* | 0.804 | 1.24 |
المواد التي تحمل علامة النجمة (*) ليست في STP.
نظرًا لأن المواد ليست دائمًا تحت الظروف القياسية ، فهناك أيضًا جداول للمواد تسرد قيم حجم معينة على مدى درجات حرارة وضغوط. يمكنك العثور على جداول مفصلة للهواء والبخار.
استخدامات حجم معين
غالبًا ما يُستخدم الحجم المحدد في الهندسة وفي حسابات الديناميكا الحرارية للفيزياء والكيمياء. يتم استخدامه لإجراء تنبؤات حول سلوك الغازات عندما تتغير الظروف.
ضع في اعتبارك غرفة محكمة الإغلاق تحتوي على عدد محدد من الجزيئات:
- إذا تم توسيع الغرفة بينما يظل عدد الجزيئات ثابتًا ، تنخفض كثافة الغاز ويزداد الحجم المحدد.
- إذا كانت الغرفة تنكمش بينما يظل عدد الجزيئات ثابتًا ، تزداد كثافة الغاز وينخفض الحجم المحدد.
- إذا تم الحفاظ على حجم الغرفة ثابتًا أثناء إزالة بعض الجزيئات ، تنخفض الكثافة ويزداد الحجم المحدد.
- إذا تم الحفاظ على حجم الغرفة ثابتًا أثناء إضافة جزيئات جديدة ، تزداد الكثافة وينخفض الحجم المحدد.
- إذا تضاعفت الكثافة ، ينخفض حجمها المحدد إلى النصف.
- إذا تضاعف حجم معين ، يتم قطع الكثافة إلى النصف.
الحجم النوعي والجاذبية النوعية
إذا كانت الكميات المحددة من مادتين معروفة ، يمكن استخدام هذه المعلومات لحساب كثافاتها ومقارنتها. مقارنة غلة الكثافة جاذبية معينة القيم. أحد تطبيقات الجاذبية النوعية هو التنبؤ بما إذا كانت المادة ستطفو أو تغرق عند وضعها على مادة أخرى.
على سبيل المثال ، إذا كان للمادة A حجم محدد يبلغ 0.358 سم3/ ز والمادة B لها حجم محدد يبلغ 0.374 سم3/ g ، أخذ معكوس كل قيمة سيؤدي إلى الكثافة. وبالتالي ، فإن كثافة A هي 2.79 جم / سم3 وكثافة B 2.67 جم / سم3. الجاذبية النوعية ، مقارنة كثافة A إلى B هي 1.04 أو الجاذبية النوعية لـ B مقارنة بـ A هي 0.95. A أكثر كثافة من B ، لذا فإن A قد تغرق في B أو B تطفو على A.
حساب مثال
من المعروف أن ضغط عينة من البخار يبلغ 2500 رطل / بوصة2 عند درجة حرارة 1960 رانكين. إذا كان ثابت الغاز 0.596 فما هو الحجم المحدد للبخار؟
ν = RT / P
ν = (0.596) (1960) / (2500) = 0.467 بوصة3/lb
مصادر
- موران ، مايكل (2014). أساسيات الديناميكا الحرارية الهندسية، الطبعة الثامنة. وايلي. ردمك 978-1118412930.
- سيلفرثورن ، دي (2016). علم وظائف الأعضاء البشرية: نهج متكامل. بيرسون. ردمك 978-0-321-55980-7.
- ووكر ، جير (2010) ل. أساسيات الفيزياء ، الطبعة التاسعة. هاليداي. ردمك 978-0470469088.