The volume spesifik adalah properti intensif karakteristik setiap unsur atau materi. Ini didefinisikan secara matematis sebagai hubungan antara volume yang ditempati oleh sejumlah materi (satu kilogram atau gram); dengan kata lain, itu adalah kebalikan dari massa jenis.
Massa jenis menunjukkan berapa berat 1 mL materi (cair, padat, gas, atau campuran homogen atau heterogen), sedangkan volume spesifik mengacu pada volume yang menempati 1 g (atau 1 kg) materi tersebut. Jadi, mengetahui massa jenis suatu zat, cukup menghitung timbal balik untuk menentukan volume spesifiknya.
Apa yang dimaksud dengan kata "spesifik"? Ketika properti apa pun dikatakan spesifik, itu berarti ia dinyatakan sebagai fungsi massa, yang memungkinkan transformasinya dari properti ekstensif (yang bergantung pada massa) menjadi properti intensif (kontinu di semua titik dalam sistem).
Satuan di mana volume spesifik biasanya dinyatakan adalah (m 3 / Kg) atau (cm 3 / g). Namun, meskipun sifat ini tidak bergantung pada massa, sifat ini bergantung pada variabel lain, seperti suhu atau tekanan yang terjadi pada zat. Hal ini menyebabkan satu gram zat menempati lebih banyak volume pada suhu yang lebih tinggi.
Dari air
Pada gambar pertama Anda bisa melihat setetes air akan bercampur dengan permukaan cairan. Karena secara alami merupakan zat, massanya menempati volume seperti yang lainnya. Volume makroskopik ini adalah hasil dari volume dan interaksi molekulnya.
Molekul air memiliki rumus kimia H 2 O, dengan massa molekul kira-kira 18g / mol. Kepadatannya juga bergantung pada suhu, dan pada skala makro, distribusi molekulnya dianggap sesomogen mungkin.
Dengan nilai massa jenis ρ pada suhu T, untuk menghitung volume spesifik air cair cukup menggunakan rumus berikut:
v = (1 / ρ)
Ini dihitung dengan secara eksperimental menentukan massa jenis air menggunakan piknometer dan kemudian melakukan perhitungan matematis. Karena molekul dari masing-masing zat berbeda satu sama lain, demikian juga volume spesifik yang dihasilkan.
Jika massa jenis air pada rentang temperatur yang luas adalah 0,997 kg / m 3 , maka volume spesifiknya adalah 1,003 m 3 / kg.
Dari udara
Udara adalah campuran gas homogen, terutama terdiri dari nitrogen (78%), diikuti oleh oksigen (21%) dan terakhir oleh gas-gas lain di atmosfer bumi. Kepadatannya adalah ekspresi makroskopis dari semua campuran molekul itu, yang tidak berinteraksi secara efisien dan menyebar ke segala arah.
Karena zat tersebut dianggap kontinu, penyebarannya dalam wadah tidak mengubah komposisinya. Sekali lagi, dengan mengukur massa jenis pada kondisi suhu dan tekanan yang dijelaskan, seseorang dapat menentukan berapa volume 1 g udara.
Karena volume spesifiknya adalah 1 / ρ, dan ρ-nya lebih kecil dari volume air, maka volume spesifiknya lebih besar.
Penjelasan untuk fakta ini didasarkan pada interaksi molekuler air versus udara; yang terakhir, bahkan dalam hal kelembapan, tidak mengembun kecuali jika terkena suhu yang sangat dingin dan tekanan tinggi.
Dari uap
Dalam kondisi yang sama, akankah satu gram uap menempati volume yang lebih besar daripada satu gram udara? Udara pada fase gas lebih padat daripada air, karena merupakan campuran gas yang disebutkan di atas, tidak seperti molekul air.
Karena volume spesifik adalah kebalikan dari massa jenis, satu gram uap menempati lebih banyak volume (massa jenisnya kurang) daripada satu gram udara.
Sifat fisik uap sebagai fluida sangat penting dalam banyak proses industri: di dalam penukar panas, untuk meningkatkan kelembapan, membersihkan mesin, dan lain-lain.
Ada banyak variabel yang harus dipertimbangkan saat menangani uap dalam jumlah besar di dalam industri, terutama yang berkaitan dengan mekanisme fluida.
Nitrogen
Seperti gas lainnya, massa jenisnya sangat bergantung pada tekanan (tidak seperti zat padat dan cairan) dan suhu. Jadi, nilai volume spesifiknya bervariasi menurut variabel-variabel ini. Oleh karena itu, kebutuhan untuk menentukan volume spesifiknya untuk mengekspresikan sistem dalam istilah sifat intensif.
Tanpa nilai eksperimen, melalui penalaran molekuler, sulit untuk membandingkan densitas nitrogen dengan gas lain. Molekul nitrogen linier (N≡N) dan air bersudut.
Karena "garis" menempati volume yang lebih kecil daripada "bumerang", maka nitrogen diperkirakan lebih padat daripada air menurut definisi massa jenis (m / V). Dengan menggunakan massa jenis 1.2506 Kg / m 3 , volume spesifik pada kondisi di mana nilai ini diukur adalah 0.7996 m 3 / Kg; itu hanyalah kebalikan (1 / ρ).
Dari gas ideal
Gas ideal adalah gas yang memenuhi persamaan:
P = nRT / V
Terlihat bahwa persamaan tersebut tidak mempertimbangkan variabel apapun seperti struktur molekul atau volume; juga tidak mempertimbangkan bagaimana molekul gas berinteraksi satu sama lain dalam ruang yang ditentukan oleh sistem.
Dalam kisaran suhu dan tekanan yang terbatas, semua gas "berperilaku" sama; karena alasan ini, sampai batas tertentu dianggap valid untuk mengasumsikan bahwa mereka mematuhi persamaan gas ideal. Dengan demikian, dari persamaan ini dapat ditentukan beberapa sifat gas, termasuk volume spesifiknya.
Untuk mengatasinya, persamaan ini perlu dinyatakan dalam variabel kerapatan: massa dan volume. Mol diwakili oleh n, dan ini adalah hasil pembagian massa gas dengan massa molekulnya (m / M).
Mengambil variabel massa m dalam persamaan, jika dibagi dengan volume, dapat diperoleh massa jenis; Dari sini, cukup menghapus kerapatan dan kemudian "membalik" kedua sisi persamaan. Dengan melakukan ini, volume spesifik akhirnya ditentukan.
Gambar di bawah mengilustrasikan setiap langkah untuk sampai pada ekspresi akhir dari volume spesifik gas ideal.
Referensi
- Wikipedia. (2018). Volume tertentu. Diambil dari: en.wikipedia.org
- Study.com. (21 Agustus 2017). Apa Volume Spesifik? - Definisi, Formula & Unit Diambil dari: study.com
- POT. (5 Mei 2015). Volume Tertentu. Diambil dari: grc.nasa.gov
- Michael J. Moran & Howard N. Shapiro. (2004). Dasar-dasar termodinamika teknis. (Edisi ke-2). Editorial Reverté, halaman 13.
- Unit 1: Konsep termodinamika. . Diambil dari: 4.tecnun.es
- TLV. (2018). Aplikasi Utama untuk Steam. Diambil dari: tlv.com