Volumen específico

En termodinámica , el volumen específico de una sustancia (símbolo: $ν$ , nu ) es una propiedad intrínseca específica de la masa de la sustancia, definida como el cociente del volumen de la sustancia ( $V$ ) por su masa ( $m$ ). Es el recíproco de la densidad $ρ$ ( rho ) y también está relacionado con el volumen molar y la masa molar :

\nu ={\frac {V}{m}}=\rho ^{-1}={\frac {\tilde {V}}{M}}

La unidad estándar de volumen específico es metros cúbicos por kilogramo (m ³ /kg), pero otras unidades incluyen pies ³ /lb, pies ³ /slug o ml/g. ^[1]

El volumen específico de un gas ideal está relacionado con la constante molar del gas ( $R$ ) y la temperatura ( $T$ ), presión ( $P$ ) y masa molar ( $M$ ) del gas como se muestra:

Desde y $PV={nRT}$ ${\estilo de texto n={\frac {m}{M}}}$

\nu ={\frac {V}{m}}={\frac {RT}{PM}}

Aplicaciones

El volumen específico se aplica comúnmente a:

Imagine una cámara hermética de volumen variable que contiene una cierta cantidad de átomos de oxígeno gaseoso. Considere los siguientes cuatro ejemplos:

Si la cámara se hace más pequeña sin permitir la entrada o salida de gas, la densidad aumenta y el volumen específico disminuye.
Si la cámara se expande sin dejar entrar ni salir gas, la densidad disminuye y el volumen específico aumenta.
Si el tamaño de la cámara permanece constante y se inyectan nuevos átomos de gas, la densidad aumenta y el volumen específico disminuye.
Si el tamaño de la cámara permanece constante y se eliminan algunos átomos, la densidad disminuye y el volumen específico aumenta.

El volumen específico es una propiedad de los materiales, definida como el número de metros cúbicos que ocupa un kilogramo de una determinada sustancia. La unidad estándar es el metro cúbico por kilogramo (m ³ /kg o m ³ ·kg ⁻¹ ).

A veces, el volumen específico se expresa en términos de la cantidad de centímetros cúbicos que ocupa un gramo de sustancia. En este caso, la unidad es el centímetro cúbico por gramo (cm ³ /g o cm ³ ·g ⁻¹ ). Para convertir m ³ /kg a cm ³ /g, multiplique por 1000; por el contrario, multiplica por 0,001.

El volumen específico es inversamente proporcional a la densidad. Si la densidad de una sustancia se duplica, su volumen específico, expresado en las mismas unidades básicas, se reduce a la mitad. Si la densidad cae a 1/10 de su valor anterior, el volumen específico, expresado en las mismas unidades básicas, aumenta en un factor de 10.

La densidad de los gases cambia incluso con ligeras variaciones de temperatura, mientras que las densidades de los líquidos y sólidos, que generalmente se consideran incompresibles, cambiarán muy poco. El volumen específico es el inverso de la densidad de una sustancia; por lo tanto, se debe tener una consideración cuidadosa cuando se trata de situaciones que involucran gases. Pequeños cambios de temperatura tendrán un efecto notable en volúmenes específicos.

La densidad media de la sangre humana es de 1060 kg/m ³ . El volumen específico que se correlaciona con esa densidad es 0,00094 m ³ /kg. Observe que el volumen específico promedio de sangre es casi idéntico al del agua: 0,00100 m ³ /kg. ^[2]

Ejemplos de aplicación

Si uno se propone determinar el volumen específico de un gas ideal, como vapor sobrecalentado, usando la ecuación ν = RT / P , donde la presión es 2500 lbf/in ² , R es 0,596, la temperatura es1960 °R . En ese caso, el volumen específico sería igual a 0,4672 in ³ /lb. Sin embargo, si la temperatura se cambia a1160 °R , el volumen específico del vapor sobrecalentado habría cambiado a 0.2765 in ³ /lb, lo que es un cambio general del 59%.

Conocer los volúmenes específicos de dos o más sustancias permite encontrar información útil para determinadas aplicaciones. Para una sustancia X con un volumen específico de 0,657 cm ³ /g y una sustancia Y con un volumen específico de 0,374 cm ³ /g, la densidad de cada sustancia se puede encontrar tomando la inversa del volumen específico; por lo tanto, la sustancia X tiene una densidad de 1,522 g/cm ³ y la sustancia Y tiene una densidad de 2,673 g/cm ³ . Con esta información, se pueden encontrar las gravedades específicas de cada sustancia entre sí. La gravedad específica de la sustancia X con respecto a Y es 0,569, mientras que la gravedad específica de Y con respecto a X es 1,756. Por lo tanto, la sustancia X no se hundirá si se coloca sobre Y. ^[3]

Volumen específico de soluciones.

El volumen específico de una solución no ideal es la suma de los volúmenes específicos parciales de los componentes:

v={\frac {1}{\rho }}={\frac {\tilde {V}}{M}}=\sum _ {i}w_{i}\cdot {\bar {v_{ i}}}

M es la masa molar de la mezcla.

Tabla de volúmenes específicos comunes

La siguiente tabla muestra densidades y volúmenes específicos de varias sustancias comunes que pueden resultar útiles. Los valores se registraron a temperatura y presión estándar, que se define como aire a 0 °C (273,15 K, 32 °F) y 1 atm (101,325 kN/m ² , 101,325 kPa, 14,7 psia, 0 psig, 30 in Hg, 760 torres). ^[4]

* valores no tomados a temperatura y presión estándar

Referencias

^ Moran, Michael (7 de diciembre de 2010). Fundamentos de Ingeniería Termodinámica . Wiley. ISBN 978-0-470-49590-2.
^ Espino plateado, Dee (2010). Fisiología humana . Pearson. ISBN 978-0-321-55980-7.
^ Walker, Jearl (6 de abril de 2007). Fundamentos de Física . Halliday. ISBN 978-0-470-04472-8.
^ "Caja de herramientas de ingeniería" . Consultado el 14 de abril de 2013 .