Specifik lydstyrke er defineret som antallet af kubikmeter besat med et kilogram stof. Det er forholdet mellem et materiales volumen og dets masse, hvilket er det samme som det gensidige massefylde. Med andre ord er specifikt volumen omvendt proportional med densitet. Det specifikke volumen kan beregnes eller måles for enhver stofstilstand, men det bruges oftest i beregninger, der involverer gasser.
Standardenheden for specifikt volumen er kubikmeter per kilogram (m)3/ kg), skønt det kan udtrykkes i form af milliliter pr. gram (ml / g) eller kubikfot pr. pund (ft3/lb).
Intrinsic og intensiv
Den "specifikke" del af et specifikt volumen betyder, at det udtrykkes som enhedsmasse. Det er en iboende ejendom af sagen, hvilket betyder, at det ikke afhænger af prøvestørrelse. Tilsvarende er specifikt volumen en intensiv egenskab af sagen det påvirkes ikke af hvor meget af et stof der findes, eller hvor det blev udtaget.
Specifikke volumenformler
Der er tre almindelige formler, der bruges til at beregne specifik lydstyrke (ν):
- v = V / m hvor V er volumen og m er masse
- ν = 1 /ρ = ρ-1 hvor ρ er densitet
- v = RT / PM = RT / P hvor R er det ideelle gas konstant, T er temperatur, P er tryk, og M er molariteten
Den anden ligning anvendes normalt til væsker og faste stoffer, fordi de er relativt inkomprimerbare. Ligningen kan bruges ved håndtering af gasser, men densiteten af gassen (og dens specifikke volumen) kan ændre sig dramatisk med en lille stigning eller fald i temperaturen.
Den tredje ligning gælder kun for ideelle gasser eller til reelle gasser ved relativt lave temperaturer og tryk, der tilnærmer de ideelle gasser.
Tabel over fælles specifikke lydværdier
Ingeniører og forskere henviser typisk til tabeller med specifikke lydstyrkeværdier. Disse repræsentative værdier er for standardtemperatur og -tryk (STP), som er en temperatur på 0 ° C (273,15 K, 32 ° F) og et tryk på 1 atm.
| Stof | Massefylde | Specifik lydstyrke |
|---|---|---|
| (Kg / m3) | (m3/kg) | |
| Luft | 1.225 | 0.78 |
| Is | 916.7 | 0.00109 |
| Vand (væske) | 1000 | 0.00100 |
| Saltvand | 1030 | 0.00097 |
| Kviksølv | 13546 | 0.00007 |
| R-22 * | 3.66 | 0.273 |
| Ammoniak | 0.769 | 1.30 |
| Carbondioxid | 1.977 | 0.506 |
| Klor | 2.994 | 0.334 |
| Hydrogen | 0.0899 | 11.12 |
| Metan | 0.717 | 1.39 |
| Kvælstof | 1.25 | 0.799 |
| Damp* | 0.804 | 1.24 |
Stoffer markeret med en stjerne (*) findes ikke på STP.
Da materialer ikke altid er under standardbetingelser, er der også tabeller for materialer, der viser specifikke lydstyrkeværdier over en række temperaturer og tryk. Du kan finde detaljerede tabeller til luft og damp.
Brug af specifik mængde
Specifikt volumen bruges ofte i konstruktion og i termodynamikberegninger til fysik og kemi. Det bruges til at give forudsigelser om gassers opførsel, når forholdene ændrer sig.
Overvej et lufttæt kammer, der indeholder et bestemt antal molekyler:
- Hvis kammeret udvides, mens antallet af molekyler forbliver konstant, falder gastætheden, og det specifikke volumen stiger.
- Hvis kammeret sammentrækkes, mens antallet af molekyler forbliver konstant, stiger gastætheden, og det specifikke volumen falder.
- Hvis kammerets volumen holdes konstant, mens nogle molekyler fjernes, formindskes densiteten, og det specifikke volumen stiger.
- Hvis kammerets volumen holdes konstant, mens nye molekyler tilføjes, øges densiteten, og det specifikke volumen falder.
- Hvis densiteten fordobles, halveres dens specifikke volumen.
- Hvis specifik volumen fordobles, skæres densiteten i halvdelen.
Specifik lydstyrke og specifik tyngdekraft
Hvis de specifikke mængder af to stoffer kendes, kan disse oplysninger bruges til at beregne og sammenligne deres densitet. Sammenligning af densitetsudbytter specifik tyngdekraft værdier. En anvendelse af specifik tyngdekraft er at forudsige, om et stof flyder eller synker, når det placeres på et andet stof.
For eksempel, hvis stof A har et specifikt volumen på 0,358 cm3/ g og stof B har et specifikt volumen på 0,374 cm3/ g, at tage det inverse af hver værdi giver densiteten. Densiteten af A er således 2,79 g / cm3 og densiteten af B er 2,67 g / cm3. Den specifikke tyngdekraft, når man sammenligner tætheden fra A til B er 1,04, eller den specifikke tyngdekraft for B sammenlignet med A er 0,95. A er tættere end B, så A ville synke ned i B, eller B ville flyde på A.
Eksempel Beregning
Det er kendt, at trykket fra en dampprøve er 2500 lbf / in2 ved en temperatur på 1960 Rankine. Hvis gasskonstanten er 0,596, hvad er da dampens specifikke volumen?
v = RT / P
v = (0,596) (1960) / (2500) = 0,467 in3/lb
Kilder
- Moran, Michael (2014). Fundamentals of Engineering Thermodynamics8. udgave Wiley. ISBN 978-1118412930.
- Silverthorn, Dee (2016). Human Physiology: En integreret tilgang. Pearson. ISBN 978-0-321-55980-7.
- Walker, Jear (2010) l. Fundamentals of Physics, 9. udg. Halliday. ISBN 978-0470469088.