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) a su masa (m). Es el recíproco de la densidad ρ (rho) y también está relacionado con el volumen molar y la masa molar:

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La unidad estándar de volumen específico es metros cúbicos por kilogramo (m³/kg), pero otras unidades incluyen pies³/lb, pies³/slug, o ml/g.

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

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Aplicaciones

El volumen específico se aplica comúnmente a:

• Volumen de molido
• Volumen (termodinámica)
• Volumen molar parcial

Imagínese 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 el gas dentro o fuera, la densidad aumenta y el volumen específico disminuye.
• Si la cámara se expande sin dejar entrar o salir el gas, la densidad disminuye y el volumen específico aumenta.
• Si el tamaño de la cámara sigue siendo constante y se inyectan nuevos átomos de gas, la densidad aumenta y el volumen específico disminuye.
• Si el tamaño de la cámara sigue siendo 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 sustancia determinada. La unidad estándar es el metro cúbico por kilogramo (m³/kg o m³·kg⁻¹).

A veces el volumen específico se expresa en términos de la cantidad de centímetros cúbicos que ocupa un gramo de una sustancia. En este caso, la unidad es el centímetro cúbico por gramo (cm³/g o cm³·g⁻¹). Para convertir m³/kg a cm³/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/m³. El volumen específico que se correlaciona con esa densidad es 0,00094 m³/kg. Observe que el volumen específico promedio de sangre es casi idéntico al del agua: 0,00100 m³/kg.

Ejemplos de aplicación

Si uno se propone determinar el volumen específico de un gas ideal, como vapor sobrecalentado, utilizando la ecuación ν = RT/P, donde la presión es 2500 lbf/in², R es 0,596, la temperatura es 1960 °R. En ese caso, el volumen específico equivaldría a 0,4672 in³/lb. Sin embargo, si la temperatura se cambia a 1160 °R, el volumen específico del vapor sobrecalentado sería han cambiado a 0,2765 in³/lb, lo que representa 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 cm³/g y una sustancia Y con un volumen específico de 0,374 cm³/g, se puede encontrar la densidad de cada sustancia. tomando la inversa del volumen específico; por lo tanto, la sustancia X tiene una densidad de 1,522 g/cm³ y la sustancia Y tiene una densidad de 2,673 g/cm³. 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.

Volumen específico de soluciones

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

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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/m², 101,325 kPa, 14,7 psia, 0 psig, 30 pulgadas Hg, 760 torr).

* valores no tomados a temperatura y presión estándar