Volume específico

Em termodinâmica, o volume específico de uma substância (símbolo: $\nu$ ) é uma propriedade intrínseca de uma substância, definida como a razão entre o volume da substância (V) e sua massa (m). É o recíproco da densidade ( $\rho$ ):

v={\frac {V}{m}}=\rho ^{-1}

O volume específico é definido como o número de metros cúbicos ocupados por um quilograma de uma determinada substância. A unidade padrão é o metro cúbico por quilograma $\left({\text{m}}^{3}/{\text{kg}}\right)$ , mas outras unidades incluem ${\frac {{\text{m}}^{3}}{\text{kg}}}$ , ${\frac {{\text{ft}}^{3}}{\text{lb}}}$ , ${\frac {{\text{ft}}^{3}}{\text{slug}}}$ , e ${\frac {\text{mL}}{\text{g}}}$ .^[1]

O volume específico para um gás ideal está relacionado à constante do gás (R) e à temperatura (T), pressão (P) e massa molar (M) do gás como mostrado:

Como $PV={nRT}$ e $n={\frac {m}{M}}$

\nu ={\frac {V}{m}}={\frac {RT}{PM}}

Aplicações[editar | editar código-fonte]

O volume específico geralmente é aplicado a:

Volume molar
Volume (termodinâmica)
Volume molar parcial

Imagine uma câmara hermética de volume variável contendo um certo número de átomos de gás oxigênio. Considere os quatro exemplos a seguir:

Se a câmara é reduzida sem permitir a entrada ou saída de gás, a densidade aumenta e o volume específico diminui.
Se a câmara se expande sem deixar o gás entrar ou sair, a densidade diminui e o volume específico aumenta.
Se o tamanho da câmara permanece constante e novos átomos de gás são injetados, a densidade aumenta e o volume específico diminui.
Se o tamanho da câmara permanecer constante e alguns átomos são removidos, a densidade diminui e o volume específico aumenta.

O volume específico é uma propriedade dos materiais, definida como o número de metros cúbicos ocupados por um quilograma de uma determinada substância. A unidade padrão é o metro cúbico por quilograma (m³/kg ou m³·kg⁻¹).

Às vezes, o volume específico é expresso em termos do número de centímetros cúbicos ocupados por um grama de uma substância. Nesse caso, a unidade é o centímetro cúbico por grama (cm³/g ou cm³·g⁻¹). Para converter m³/kg em cm³/g, multiplique por 1000; inversamente, multiplique por 0,001.

O volume específico é inversamente proporcional à densidade. Se a densidade de uma substância dobra, seu volume específico, expresso nas mesmas unidades básicas, é cortado pela metade. Se a densidade cair para 1/10 de seu valor anterior, o volume específico, quando expresso nas mesmas unidades básicas, aumenta por um fator de 10.

A densidade dos gases muda mesmo com pequenas variações de temperatura, enquanto as densidades de líquidos e sólidos, que geralmente são considerados incompressíveis, mudarão muito pouco. O volume específico é o inverso da densidade de uma substância; portanto, é preciso considerar cuidadosamente as situações que envolvem gases. Pequenas mudanças na temperatura terão um efeito perceptível em volumes específicos.

A densidade média do sangue humano é 1.060 kg/m³. O volume específico que correspondente a essa densidade é de 0,00094 m³/kg. Observe que o volume específico médio de sangue é quase idêntico ao da água: 0,00100 m³/kg.^[2]

Exemplos de aplicação[editar | editar código-fonte]

Considere o problema de determinar o volume específico de um gás ideal, como o vapor superaquecido, usando a equação $\ \nu ={\frac {RT}{P}}$ , sabendo-se que a pressão é de 2500 lbf/in², que R é 0,596, e que a temperatura é 1960 Rankine. Nesse caso, o volume específico seria igual a 0,4672 in³/lb. No entanto, se a temperatura for alterada para 1160 Rankine, o volume específico do vapor superaquecido mudará para 0,2765 in³/lb, o que é uma alteração geral de 59%.

O conhecimento dos volumes específicos de duas ou mais substâncias permite a obtenção de informações úteis para determinadas aplicações. Para uma substância X com um volume específico de 0,657 cm³/g e uma substância Y com um volume específico 0,374 cm³/g, a densidade de cada substância pode ser encontrada tomando o inverso do volume específico; portanto, a substância X tem uma densidade de 1,522 g/cm³ e a substância Y tem uma densidade de 2,673 g/cm³. Com essas informações, as gravidades específicas de cada substância em relação umas às outras podem ser encontradas. A gravidade específica da substância X em relação a Y é de 0,569, enquanto que a gravidade específica de Y em relação a X é de 1,756. Portanto, a substância X não afundará se colocada em Y.^[3]

Tabela de volumes específicos comuns[editar | editar código-fonte]

A tabela abaixo exibe densidades e volumes específicos para várias substâncias comuns que podem ser úteis. Os valores foram registrados em temperatura e pressão padrão, que é definida como ar em 0 °C (273,15 K, 32 °F) e 1 atm (101.325 kN/m², 101 325 kPa, 14,7 psia, 0 psig, 30 polegadas de Hg, 760 torr).^[4]

Nome da substância	Densidade	Volume específico
Nome da substância	(kg/m³)	(m³/kg)
Ar	1,225	0,816
Gelo	916,7	0,00109
Água (líquida)	1000	0,00100
Água salgada	1030	0,00097
Mercúrio	13546	0,00007
R-22*	3,66	0,273
Amônia	0,769	1,30
Dióxido de carbono	1,977	0,506
Cloro	2,994	0,334
Hidrogênio	0,0899	11,12
Metano	0,717	1,39
Azoto	1,25	0,799
Vapor^{[nota 1]}	0,804	1,24

Notas[editar | editar código-fonte]

↑ Valores não tomados em temperatura e pressão padrão.

Referências[editar | editar código-fonte]

↑ Moran, Michael. Fundamentals of Engineering Thermodynamics. Wiley. [S.l.: s.n.] ISBN 978-0-470-49590-2
↑ Silverthorn, Dee. Human Physiology. Pearson. [S.l.: s.n.] ISBN 978-0-321-55980-7
↑ Walker, Jearl. Fundamentals of Physics. Halliday. [S.l.: s.n.] ISBN 978-0-470-04472-8
↑ «Engineering Tool Box». Consultado em 14 de abril de 2013

[5] Valores não tomados em temperatura e pressão padrão.

[1] Moran, Michael. Fundamentals of Engineering Thermodynamics. Wiley. [S.l.: s.n.] ISBN 978-0-470-49590-2

[2] Silverthorn, Dee. Human Physiology. Pearson. [S.l.: s.n.] ISBN 978-0-321-55980-7

[3] Walker, Jearl. Fundamentals of Physics. Halliday. [S.l.: s.n.] ISBN 978-0-470-04472-8

[4] «Engineering Tool Box». Consultado em 14 de abril de 2013

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[nota 1]