Volume spécifique

En thermodynamique , le volume spécifique d'une substance (symbole : ) par sa masse ( ${\displaystyle u ={\frac {V}{m </span referrerpolicy=$

Il s'agit d'une propriété intrinsèque de la substance , spécifique à sa masse . C'est l' inverse de la densité

{\displaystyle u = ho ^{-1}={\frac { ilde {V}}{M <semantics><mrow><mstyle><mi>ν</mi><mo>=</mo><msup><mi>ρ</mi><mrow><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow></msup><mo>=</mo><mrow><mfrac><mrow><mover><mi>V</mi><mo>~</mo></mover></mrow><mi>M</mi></mfrac></mrow></mstyle></mrow><annotation>{\displaystyle u = ho ^{-1}={\frac { ilde {V}}{M}}}</annotation></semantics></math></span><img src=

L' unité standard de volume spécifique est le mètre cube par kilogramme (m³ ^/ kg), mais d'autres unités incluent le pi³ ^/ lb, le pi³ ^/ slug ou le mL/g.

Le volume spécifique d'un gaz parfait est lié à la constante molaire des gaz ( ), à la pression ( ) du gaz comme indiqué :

Depuis ${\displaystyle PV={nRT <semantics><mrow><mstyle><mi>P</mi><mi>V</mi><mo>=</mo><mrow><mi>n</mi><mi>R</mi><mi>T</mi></mrow></mstyle></mrow><annotation>{\displaystyle PV={nRT}}</annotation></semantics></math></span><img src=$ ${ extstyle n={\frac {m}{M <semantics><mrow><mstyle><mi>n</mi><mo>=</mo><mrow><mfrac><mi>m</mi><mi>M</mi></mfrac></mrow></mstyle></mrow><annotation>{ extstyle n={\frac {m}{M}}}</annotation></semantics></math></span><img src=$

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Applications

Le volume spécifique est couramment utilisé pour :

Imaginez une chambre étanche à volume variable contenant un certain nombre d'atomes de gaz oxygène. Considérez les quatre exemples suivants :

Si l'on réduit la taille de la chambre sans laisser entrer ni sortir de gaz, la densité augmente et le volume spécifique diminue.
Si la chambre se dilate sans laisser entrer ni sortir de gaz, la densité diminue et le volume spécifique augmente.
Si la taille de la chambre reste constante et que de nouveaux atomes de gaz sont injectés, la densité augmente et le volume spécifique diminue.
Si la taille de la chambre reste constante et que certains atomes sont retirés, la densité diminue et le volume spécifique augmente.

Le volume spécifique est une propriété des matériaux, définie comme le nombre de mètres cubes occupés par un kilogramme d'une substance donnée. L'unité standard est le mètre cube par kilogramme (m³ ^/ kg ou m³ ^· kg⁻¹ ⁾ .

Le volume spécifique est parfois exprimé en centimètres cubes par gramme de substance. Dans ce cas, l'unité est le centimètre cube par gramme (cm³ ^/ g ou cm³ ^· g⁻¹ ⁾ . Pour convertir des ^m³ /kg en cm³ ^/ g, multipliez par 1000 ; inversement, multipliez par 0,001.

Le volume spécifique est inversement proportionnel à la masse volumique. Si la masse volumique d'une substance double, son volume spécifique, exprimé dans les mêmes unités de base, est divisé par deux. Si la masse volumique chute à un dixième de sa valeur initiale, le volume spécifique, exprimé dans les mêmes unités de base, est multiplié par dix.

La densité des gaz varie même avec de faibles variations de température, tandis que celle des liquides et des solides, généralement considérés comme incompressibles, reste quasiment constante. Le volume spécifique est inversement proportionnel à la densité d'une substance ; il convient donc d'être particulièrement vigilant lorsqu'on travaille avec des gaz. De petites variations de température ont un impact notable sur le volume spécifique.

La densité moyenne du sang humain est de 1060 kg/m³ ^. Le volume spécifique correspondant est de 0,00094 m³ ^/ kg. On remarque que le volume spécifique moyen du sang est presque identique à celui de l'eau : 0,00100 m³ ^/ kg.

Exemples

Si l'on cherche à déterminer le volume spécifique d'un gaz parfait, tel que de la vapeur surchauffée, en utilisant l'équation = RT / P , où la pression est de 2500 lbf/in² ^, R vaut 0,596 et la température est1960 °R . Dans ce cas, le volume spécifique serait de 0,4672 ^po³ / lb. Cependant, si la température est modifiée àÀ 1160 °R , le volume spécifique de la vapeur surchauffée serait passé à 0,2765 po³ /lb, ce qui représente un changement global de 59 % ^.

La connaissance des volumes spécifiques de deux substances ou plus permet d'obtenir des informations utiles pour certaines applications. Pour une substance X de volume spécifique 0,657 ^cm³ / g et une substance Y de volume spécifique 0,374 ^cm³ / g, la masse volumique de chaque substance s'obtient en prenant l'inverse du volume spécifique ; ainsi, la substance X a une masse volumique de 1,522 g/cm³ ^et la substance Y a une masse volumique de 2,673 g/cm³ ^. Grâce à ces informations, on peut calculer les densités relatives de chaque substance. La densité relative de la substance X par rapport à Y est de 0,569, tandis que la densité relative de Y par rapport à X est de 1,756. Par conséquent, la substance X ne coulera pas si elle est placée sur Y.

Volume spécifique des solutions

Le volume spécifique d'une solution non idéale est la somme des volumes spécifiques partiels de ses composants :

{\displaystyle u ={\frac {1}{ ho }}={\frac { ilde {V}}{M}}=\sum _{i}w_{i}\cdot {\bar { u _{i <semantics><mrow><mstyle><mi>ν</mi><mo>=</mo><mrow><mfrac><mn>1</mn><mi>ρ</mi></mfrac></mrow><mo>=</mo><mrow><mfrac><mrow><mover><mi>V</mi><mo>~</mo></mover></mrow><mi>M</mi></mfrac></mrow><mo>=</mo><munder><mo>∑</mo><mrow><mi>je</mi></mrow></munder><msub><mi>w</mi><mrow><mi>je</mi></mrow></msub><mo>⋅</mo><mrow><mrow><mover><msub><mi>ν</mi><mrow><mi>je</mi></mrow></msub><mo>¯</mo></mover></mrow></mrow></mstyle></mrow><annotation>{\displaystyle u ={\frac {1}{ ho }}={\frac { ilde {V}}{M}}=\sum _{i}w_{i}\cdot {\bar { u _{i}}}}</annotation></semantics></math></span><img src=

M représente la masse molaire du mélange. On peut l'utiliser à la place du volume, car il s'agit d' une propriété intensive liée au système.

Valeurs communes

Le tableau ci-dessous présente les densités et les volumes spécifiques de diverses substances courantes pouvant être utiles. Les valeurs ont été enregistrées à température et pression normales, définies comme celles de l'air à 0 °C (273,15 K, 32 °F) et 1 atm (101,325 kN/m² ^, 101,325 kPa, 14,7 psia, 0 psig, 30 in Hg, 760 torr).

Valeurs non mesurées à température et pression normales