O volume específico é uma propriedade termodinâmica que indica o volume ocupado por uma unidade de massa de uma determinada substância. Neste texto, vamos abordar o volume específico de alguns fluidos comuns, como água, ar, vapor, nitrogênio e gás ideal. O volume específico dessas substâncias pode variar de acordo com a pressão, temperatura e estado físico em que se encontram, sendo importante para o estudo e análise de processos termodinâmicos. Vamos explorar como o volume específico desses fluidos pode ser calculado e suas aplicações práticas.
Descubra a fórmula para encontrar o volume específico de um gás facilmente.
O volume específico de um gás pode ser encontrado facilmente através de uma fórmula simples. O volume específico de um gás é definido como o volume ocupado por uma unidade de massa do gás em questão. Para calcular o volume específico de um gás, basta dividir o volume total do gás pela massa total do gás.
Por exemplo, se tivermos um recipiente com 1 litro de ar a uma pressão de 1 atm e uma temperatura de 25°C, e a massa do ar for de 1 kg, podemos calcular o volume específico do ar da seguinte forma:
Volume específico = Volume total / Massa total
Assim, o volume específico do ar neste caso seria 1 litro / 1 kg = 1 litro/kg. Esta é a unidade padrão para o volume específico de um gás.
É importante ressaltar que o volume específico de um gás pode variar dependendo das condições de pressão e temperatura. Por exemplo, o volume específico da água no estado líquido é muito diferente do volume específico do vapor de água. Da mesma forma, o volume específico do nitrogênio é diferente do volume específico do ar, que é uma mistura de gases.
Para gases ideais, a fórmula para o cálculo do volume específico pode ser simplificada utilizando a equação de estado dos gases ideais, PV = nRT, onde P é a pressão, V é o volume, n é o número de mols do gás, R é a constante dos gases ideais e T é a temperatura em Kelvin. Usando esta equação, podemos encontrar facilmente o volume específico de um gás ideal em diferentes condições.
Em resumo, o volume específico de um gás pode ser facilmente calculado através da divisão do volume total do gás pela massa total do gás. Esta é uma medida importante para caracterizar as propriedades dos gases em diferentes condições de pressão e temperatura.
Conheça as 4 características fundamentais dos gases em detalhes.
O estudo dos gases é de extrema importância para diversas áreas da ciência, como a química e a física. Existem quatro características fundamentais que definem o comportamento dos gases: Volume específico, Compressibilidade, Expansibilidade e Difusibilidade.
O Volume específico de um gás é a quantidade de espaço que ele ocupa em determinadas condições de pressão e temperatura. Cada tipo de gás possui um volume específico único, que pode variar de acordo com a sua densidade e massa molecular. Por exemplo, o volume específico da água é menor do que o do ar, devido à sua maior densidade.
O ar é uma mistura de gases, como o nitrogênio e o oxigênio, que possuem volumes específicos diferentes. O vapor, por sua vez, é a forma gasosa da água, que possui um volume específico distinto da água líquida. Já o nitrogênio é um gás inerte que também possui um volume específico característico.
Quando um gás se comporta de acordo com a lei dos gases ideais, ele é considerado um Gás Ideal. Isso significa que ele obedece às leis da física de forma perfeita, sem sofrer alterações em suas propriedades. Os gases ideais possuem um volume específico constante em todas as condições de pressão e temperatura.
Em resumo, o Volume específico é uma das quatro características fundamentais dos gases, juntamente com a Compressibilidade, Expansibilidade e Difusibilidade. Cada gás possui um volume específico único, que pode variar de acordo com suas propriedades físicas e químicas. O estudo dessas características é essencial para compreender o comportamento dos gases em diferentes situações.
Cálculo do gás ideal: fórmula e passo a passo para determinar o comportamento gasoso.
O cálculo do gás ideal é feito utilizando a fórmula PV = nRT, onde P representa a pressão, V o volume, n o número de mols do gás, R a constante dos gases ideais e T a temperatura em Kelvin. Para determinar o comportamento gasoso de uma substância, é necessário seguir alguns passos.
Primeiramente, é preciso conhecer as condições em que o gás se encontra, como a pressão, o volume e a temperatura. Em seguida, substitui-se os valores na fórmula PV = nRT e realiza-se os cálculos necessários para encontrar a incógnita desejada.
O volume específico de diferentes substâncias pode variar. Por exemplo, a água possui um volume específico de aproximadamente 1 cm³/g, o ar de 0,001 m³/kg, o vapor de água de 1,673 m³/kg, o nitrogênio de 0,743 m³/kg e o gás ideal tem um volume específico de 22,4 litros por mol.
É importante ressaltar que o gás ideal é um modelo teórico que considera as partículas do gás como pontos materiais sem volume e que não interagem entre si. Apesar de ser um modelo simplificado, o gás ideal é amplamente utilizado em cálculos de processos termodinâmicos.
Em resumo, o cálculo do gás ideal é uma ferramenta fundamental para determinar o comportamento gasoso de uma substância, levando em consideração a pressão, volume, temperatura e número de mols do gás. Conhecendo o volume específico de diferentes substâncias, é possível compreender melhor as propriedades dos gases em diferentes condições.
Conheça os principais gases que se enquadram como ideais na termodinâmica.
Em termodinâmica, é comum trabalhar com gases ideais, que são modelos simplificados de gases reais que seguem as leis dos gases perfeitamente. Alguns dos principais gases que se enquadram como ideais são: Água, Ar, Vapor, Nitrogênio e Gás Ideal.
O volume específico de um gás ideal é uma propriedade importante que representa o volume ocupado por uma unidade de massa do gás. Ele é expresso em unidades como m³/kg ou L/kg. Cada um desses gases possui um volume específico característico, que pode variar com a pressão e temperatura.
A água é um dos gases ideais mais comuns na natureza, presente em diversos processos termodinâmicos. Seu volume específico varia de acordo com o estado físico em que se encontra, seja líquido, sólido ou gasoso.
O ar é uma mistura de gases que também se comporta de forma ideal em muitas situações. Seu volume específico é influenciado pela composição dos gases presentes na mistura e pelas condições de pressão e temperatura.
O vapor é a forma gasosa da água, com propriedades termodinâmicas únicas. Seu volume específico varia consideravelmente com a pressão e temperatura, sendo fundamental em processos de geração de energia, como em turbinas a vapor.
O nitrogênio é um gás inerte comum em diversas aplicações industriais. Seu volume específico é estável em condições normais de pressão e temperatura, sendo utilizado em processos de inertização e resfriamento.
O gás ideal é um modelo teórico que representa um gás que obedece perfeitamente às leis dos gases, como a Lei de Boyle, a Lei de Charles e a Lei de Avogadro. Ele possui um comportamento previsível e simplificado, sendo útil em cálculos e simulações em termodinâmica.
Volume específico: Água, Ar, Vapor, Nitrogênio e Gás Ideal
O volume específico é uma característica de propriedade intensiva de cada elemento ou material. Matematicamente definido como a relação entre o volume ocupado por uma certa quantidade de matéria (um quilograma ou um grama); Em outras palavras, é o recíproco da densidade.
A densidade indica quanto pesa 1 mL de matéria (líquido, sólido, gás ou uma mistura homogênea ou heterogênea), enquanto o volume específico se refere ao volume que ocupa 1 g (ou 1 kg) dela. Assim, conhecendo a densidade de uma substância, basta calcular o recíproco para determinar seu volume específico.
A que se refere a palavra “específico”? Quando qualquer propriedade é especificada, significa que é expressa em função da massa, o que permite sua transformação de uma propriedade extensa (que depende da massa) para uma propriedade intensiva (contínua em todos os pontos do sistema).
As unidades nas quais o volume específico é normalmente expresso são (m 3 / Kg) ou (cm 3 / g). No entanto, embora essa propriedade não dependa da massa, depende de outras variáveis, como temperatura ou pressão incidente na substância. Isso faz com que um grama de substância ocupe mais volume em temperaturas mais altas.
Da água
A primeira imagem mostra uma gota de água prestes a se misturar com a superfície do líquido. Porque, é claro, é uma substância, sua massa ocupa volume como qualquer outra. Este volume macroscópico é um produto do volume e das interações de suas moléculas.
A molécula de água é por química fórmula H 2 O, com uma massa molecular de aproxidamente 18 g / mol. As densidades apresentadas também dependem da temperatura e, em uma escala macro, considera-se que a distribuição de suas moléculas é o mais homogênea possível.
Com os valores de densidade ρ a uma temperatura T, para calcular o volume específico de água líquida, basta aplicar a seguinte fórmula:
v = (1 / ρ)
É calculado determinando experimentalmente a densidade da água usando um picnômetro e, em seguida, realizando o cálculo matemático. Como as moléculas de cada substância são diferentes umas das outras, da mesma maneira o volume específico resultante será.
Se a densidade da água em uma ampla faixa de temperaturas for de 0,997 kg / m 3 , seu volume específico será de 1,003 m 3 / kg.
Do ar
O ar é uma mistura gasosa homogênea, composta principalmente por nitrogênio (78%), seguida por oxigênio (21%) e, finalmente, por outros gases na atmosfera da Terra. Sua densidade é uma expressão macroscópica de toda essa mistura de moléculas, que não interagem eficientemente e se propagam em todas as direções.
Como se supõe que a substância é contínua, sua propagação em um recipiente não altera sua composição. Novamente, medindo a densidade nas condições de temperatura e pressão descritas, é possível determinar qual volume 1 g de ar ocupa.
Como o volume específico é 1 / ρ e seu ρ é menor que o da água, seu volume específico é maior.
A explicação desse fato é baseada nas interações moleculares da água versus as do ar; Este último, mesmo no caso de umidade, não se condensa, a menos que seja submetido a temperaturas muito baixas e altas pressões.
Vapor
Sob as mesmas condições, um grama de vapor ocupará um volume maior que o de um grama de ar? O ar é mais denso que a água na fase gasosa, porque é uma mistura dos gases mencionados acima, diferentemente das moléculas de água.
Como o volume específico é o inverso da densidade, um grama de vapor ocupa mais volume (é menos denso) do que um grama de ar.
As propriedades físicas do vapor como fluido são indispensáveis em inúmeros processos industriais: dentro de trocadores de calor, para aumentar a umidade, limpar máquinas, entre outros.
Existem muitas variáveis a serem levadas em consideração ao manusear grandes quantidades de vapor nas indústrias, principalmente no que se refere à mecânica de fluidos.
Nitrogênio
Como o restante dos gases, sua densidade depende consideravelmente da pressão (ao contrário de sólidos e líquidos) e da temperatura. Assim, os valores para seu volume específico variam de acordo com essas variáveis. Daí a necessidade de determinar seu volume específico para expressar o sistema em termos de propriedades intensivas.
Sem valores experimentais, através do raciocínio molecular, é difícil comparar a densidade do nitrogênio com a de outros gases. A molécula de nitrogênio é linear (N≡N) e a da água é angular.
Como uma “linha” ocupa menos volume que um ” bumerangue “, pode-se esperar que, pela definição de densidade (m / V), o nitrogênio seja mais denso que a água. Utilizando uma densidade de 1.2506 Kg / m 3 , o volume específico nas condições sob as quais esse valor foi medido é 0,7996 m 3 / Kg; É simplesmente o recíproco (1 / ρ).
Do gás ideal
O gás ideal é aquele que obedece à equação:
P = nRT / V
Pode-se observar que a equação não considera nenhuma variável como estrutura ou volume molecular; Também não considera como as moléculas de gás interagem entre si em um espaço definido pelo sistema.
Em uma faixa limitada de temperaturas e pressões, todos os gases “se comportam” da mesma forma; Por esse motivo, é válido, em certa medida, supor que eles obedeçam à equação dos gases ideais. Assim, a partir desta equação, várias propriedades dos gases podem ser determinadas, dentre elas o volume específico.
Para esclarecê-lo, é necessário expressar a equação em termos das variáveis de densidade: massa e volume. As moles são representadas por n, e são o resultado da divisão da massa do gás pela sua massa molecular (m / M).
Tendo a variável massa m na equação, se for dividida pelo volume, pode-se obter a densidade; a partir daqui é suficiente limpar a densidade e depois “virar” os dois lados da equação. Ao fazer isso, o volume específico é finalmente determinado.
A imagem abaixo ilustra cada uma das etapas para chegar à expressão final do volume específico de um gás ideal.
Referências
- Wikipedia (2018). Volume específico Retirado de: en.wikipedia.org
- Study.com (21 de agosto de 2017). O que é volume específico? – Definição, fórmula e unidades Retirado de: study.com
- NASA (5 de maio de 2015). Volume específico Retirado de: grc.nasa.gov
- Michael J. Moran e Howard N. Shapiro. (2004). Fundamentos da termodinâmica técnica. (2ª Edição). Reverté editorial, página 13.
- Tópico 1: Conceitos de termodinâmica. [PDF]. Retirado de: 4.tecnun.es
- TLV (2018). Principais aplicativos para o Steam. Retirado de: tlv.com