يتم تعريف الحجم النوعي على أنه عدد الأمتار المكعبة التي يشغلها كيلوغرام واحد من المادة. إنها نسبة حجم المادة إلى كتلتها ، والتي تساوي مقلوب كثافتها
بمعنى آخر، الحجم المحدد يتناسب عكسياً مع الكثافة. يمكن حساب حجم معين أو قياسه لأي حالة من حالات المادة، ولكنه غالبًا ما يستخدم في الحسابات التي تتضمن الغازات.
الوحدة القياسية للحجم المحدد هي متر مكعب لكل كيلوغرام (م 3 / كجم)، على الرغم من أنه يمكن التعبير عنها من حيث الملليمترات لكل جرام (مل / جم) أو قدم مكعب لكل رطل (قدم 3 / رطل).[1]
قوانين الحجم النوعي.
هناك ثلاث قوانين شائعة تستخدم لحساب الحجم النوعي (ν):[2]
- ν = V / m
حيث (V) هو الحجم و (m) هي الكتلة
- ν = 1 / ρ
وحيث ρ هي الكثافة
- ν = RT / PM = RT / P
حيث R هو ثابت الغاز المثالي، T هي درجة الحرارة، P هي الضغط. كما تشير M إلى المولارية
كما يتم تطبيق المعادلة الثانية عادةً على السوائل والمواد الصلبة لأنها غير قابلة للضغط نسبيًا. يمكن استخدام المعادلة عند التعامل مع الغازات، لكن كثافة الغاز (وحجمه المحدد) قد تتغير بشكل كبير مع زيادة طفيفة أو نقصان في درجة الحرارة.[2]
المعادلة الثالثة تنطبق فقط على الغازات المثالية أو الغازات الحقيقية عند درجات حرارة وضغوط منخفضة نسبيًا تقارب الغازات المثالية.
إقرأ أيضاً…
جدول قيم الحجم النوعي للمواد الشائعة.
يشير المهندسون والعلماء عادةً إلى جداول ذات قيم حجم محددة. كما أن هذه القيم التمثيلية هي لدرجة الحرارة القياسية والضغط (STP)، وهي درجة حرارة 0 درجة مئوية (273.15 كلفن، 32 درجة فهرنهايت) وضغط 1 ضغط جوي.[3]
نظرًا لأن المواد لا تخضع دائمًا للشروط القياسية، فهناك أيضًا جداول للمواد التي تسرد قيمًا محددة للحجم عبر نطاق درجات الحرارة والضغط. يمكنك العثور على جداول مفصلة للهواء والبخار.
إقرأ أيضاً… خصائص الماء الفيزيائية والكيميائية.
استخدامات وتطبيقات الحجم النوعي.
غالبًا ما يستخدم الحجم المحدد في الهندسة وحسابات الديناميكا الحرارية للفيزياء والكيمياء. يتم استخدامه لعمل تنبؤات حول سلوك الغازات عندما تتغير الظروف.[1]
ضع في اعتبارك غرفة محكمة الإغلاق تحتوي على عدد محدد من الجزيئات:
- إذا اتسعت الغرفة بينما ظل عدد الجزيئات ثابتًا، تقل كثافة الغاز ويزداد الحجم المحدد.
- إذا انكمشت الغرفة بينما ظل عدد الجزيئات ثابتًا، تزداد كثافة الغاز ويقل الحجم المحدد.
- إذا ظل حجم الغرفة ثابتًا أثناء إزالة بعض الجزيئات، تقل الكثافة ويزداد الحجم المحدد.
- إذا ظل حجم الغرفة ثابتًا أثناء إضافة جزيئات جديدة، تزداد الكثافة ويقل الحجم المحدد.
- إذا تضاعفت الكثافة، ينخفض حجمها المحدد إلى النصف.
- إذا تضاعف حجم معين، يتم خفض الكثافة إلى النصف.
الحجم النوعي والجاذبية النوعية.
إذا كانت الأحجام المحددة من مادتين معروفة، فيمكن استخدام هذه المعلومات لحساب كثافتها ومقارنتها. تعطي مقارنة الكثافة قيم جاذبية محددة.[2]
أحد تطبيقات الجاذبية النوعية هو التنبؤ بما إذا كانت المادة ستطفو أو تغرق عند وضعها على مادة أخرى.
على سبيل المثال، إذا كانت المادة (أ) تحتوي على حجم محدد يبلغ 0.358 سم 3 / جم وكان حجم المادة (ب) محددًا يبلغ 0.374 سم 3 / جم، فإن أخذ معكوس كل قيمة سيعطي الكثافة.
وبالتالي، فإن كثافة A تساوي 2.79 جم / سم 3 وكثافة B تساوي 2.67 جم / سم 3.
الجاذبية النوعية، بمقارنة كثافة A إلى B هو 1.04 أو الجاذبية النوعية لـ B مقارنة بـ A هو 0.95. A أكثر كثافة من B، لذلك ستغرق A في B أو B تطفو على A.
مثال تطبيقي لحساب الجحم النوعي.
من المعروف أن ضغط عينة من البخار كان 2500 رطل / بوصة 2 عند درجة حرارة 1960 رانكين. إذا كان ثابت الغاز يساوي 0.596 فما هو الحجم المحدد للبخار؟[2]
ν = RT / P.
الحجم النوعي (ν) = (0.596) (1960) / (2500) = 0.467 بوصة 3 / رطل
المصادر:
[1] Specific volume – EnergyEducation.ca