Volume spécifique Eau, Air, Vapeur, Azote et Gaz Idéal

Le volume spécifique c'est une propriété intensive caractéristique de chaque élément ou matériau. Elle est définie mathématiquement comme la relation entre le volume occupé par une certaine quantité de matière (un kilogramme ou un gramme); en d'autres termes, c'est l'inverse de la densité.

La densité indique combien 1 ml de matière pèse (liquide, solide, gazeux, ou un mélange homogène ou hétérogène), tandis que le volume spécifique se rapporte au volume qui occupe 1 g (ou 1 kg) de celui-ci. Ainsi, connaissant la densité d'une substance, il suffit de calculer la réciproque pour déterminer son volume spécifique.

A quoi se réfère le mot "spécifique"? Lorsqu'une propriété est dite spécifique, cela signifie qu'elle s'exprime en fonction de la masse, ce qui permet sa transformation d'une propriété étendue (qui dépend de la masse) en une propriété intensive (continue dans tous les points du système).

Les unités dans lesquelles le volume spécifique est normalement exprimé sont (m³/ Kg) ou (cm³/ g). Cependant, bien que cette propriété ne dépende pas de la masse, elle dépend d’autres variables, telles que les incidents de température ou de pression sur la substance. Cela fait qu'un gramme de substance occupe plus de volume à des températures plus élevées.

Index

• 1 eau
• 2 De l'air
• 3 vapeur
• 4 d'azote
• 5 du gaz idéal
• 6 références

De l'eau

Dans la première image, vous pouvez voir une goutte d'eau sur le point de se mélanger à la surface du liquide. Parce que, naturellement, c'est une substance, sa masse occupe le volume comme un autre. Ce volume macroscopique est le produit du volume et des interactions de ses molécules.

La molécule d'eau a une formule chimique H₂Ou, avec une masse moléculaire de 18 g / mol environ. Les densités qu’elle présente dépendent aussi de la température et à une échelle macroscopique, on considère que la distribution de ses molécules est aussi homogène que possible.

Avec les valeurs de densité ρ à une température T, pour calculer le volume spécifique d'eau liquide, il suffit d'appliquer la formule suivante:

v = (1 / ρ)

Il est calculé en déterminant expérimentalement la densité de l'eau au moyen d'un pycnomètre puis en effectuant le calcul mathématique. Parce que les molécules de chaque substance sont différentes les unes des autres, le volume spécifique résultant

Si la densité de l'eau sur une large plage de températures est de 0,997 kg / m³, son volume spécifique est de 1,003 m³/ kg.

De l'air

L'air est un mélange gazeux homogène composé principalement d'azote (78%), suivi par l'oxygène (21%) et enfin par d'autres gaz de l'atmosphère terrestre. Sa densité est une expression macroscopique de tout ce mélange de molécules, qui n'interagissent pas efficacement et se propagent dans toutes les directions.

Comme on suppose que la substance est continue, sa propagation dans un récipient ne modifie pas sa composition. De nouveau, en mesurant la densité aux conditions de température et de pression décrites, on peut déterminer quel volume occupe 1 g d'air.

Puisque le volume spécifique est 1 / ρ et que son ρ est inférieur à celui de l'eau, son volume spécifique est alors plus grand.

L’explication de ce fait repose sur les interactions moléculaires de l’eau et de l’air; Ce dernier, même dans le cas de l'humidité, ne se condense pas à moins d'être soumis à des températures très froides et à des pressions élevées.

Vapeur

Dans les mêmes conditions, un gramme de vapeur occupera-t-il un volume supérieur à celui d'un gramme d'air? L'air est plus dense que l'eau en phase gazeuse, car il s'agit d'un mélange de gaz mentionné ci-dessus, contrairement aux molécules d'eau.

Le volume spécifique étant l'inverse de la densité, un gramme de vapeur occupe plus de volume (il est moins dense) qu'un gramme d'air.

Les propriétés physiques de la vapeur en tant que fluide sont indispensables dans de nombreux processus industriels: à l'intérieur des échangeurs de chaleur, pour augmenter l'humidité, nettoyer les machines, entre autres.

Il y a de nombreuses variables à prendre en compte lors de la manipulation de grandes quantités de vapeur dans l'industrie, en particulier en ce qui concerne la mécanique des fluides.

D'azote

Comme le reste des gaz, leur densité dépend beaucoup de la pression (contrairement aux solides et aux liquides) et de la température. Ainsi, les valeurs pour leur volume spécifique varient en fonction de ces variables. D'où la nécessité de déterminer son volume spécifique pour exprimer le système en termes de propriétés intensives.

Sans valeurs expérimentales, par raisonnement moléculaire, il est difficile de comparer la densité de l'azote à celle des autres gaz. La molécule d'azote est linéaire (N≡N) et celle de l'eau est angulaire.

Comme une "ligne" occupe moins de volume qu'un "boomerang"Alors, on peut s’attendre à ce que, par définition de la densité (m / V), l’azote soit plus dense que l’eau. En utilisant une densité de 1,2506 Kg / m³, le volume spécifique aux conditions dans lesquelles cette valeur a été mesurée est de 0,7996 m³/ Kg; c'est simplement l'inverse (1 / ρ).

Du gaz idéal

Le gaz idéal est celui qui obéit à l'équation:

P = nRT / V

On peut observer que l’équation ne considère aucune variable comme structure ou volume moléculaire; il ne considère pas non plus comment les molécules de gaz interagissent entre elles dans un espace défini par le système.

Dans une gamme limitée de températures et de pressions, tous les gaz se comportent de la même manière; pour cette raison, il est valable dans une certaine mesure de supposer qu'ils obéissent à l'équation des gaz parfaits. Ainsi, à partir de cette équation, plusieurs propriétés des gaz peuvent être déterminées, parmi lesquelles le volume spécifique.

Pour l'effacer, il est nécessaire d'exprimer l'équation en termes de variables de densité: masse et volume. Les moles sont représentées par n et résultent de la division de la masse du gaz par sa masse moléculaire (m / M).

Ayant la masse variable m dans l'équation, si elle est divisée par le volume, la densité peut être obtenue; à partir de là, il suffit de dégager la densité et de "retourner" les deux côtés de l'équation. Ce faisant, le volume spécifique est finalement déterminé.

L'image inférieure illustre chacune des étapes pour arriver à l'expression finale du volume spécifique d'un gaz idéal.

Références

1. Wikipedia. (2018). Volume spécifique. Tiré de: en.wikipedia.org
2. Study.com. (21 août 2017). Qu'est-ce qu'un volume spécifique? - Définition, formule et unités Tiré de: study.com
3. La NASA (05 mai 2015). Volume spécifique Tiré de: grc.nasa.gov
4. Michael J. Moran et Howard N. Shapiro. (2004). Principes fondamentaux de la thermodynamique technique. (2ème édition). Editorial Reverté, page 13.
5. Thème 1: Concepts de la thermodynamique. [PDF] Tiré de: 4.tecnun.es
6. TLV. (2018). Applications principales pour Steam. Tiré de: tlv.com