比容積の定義と例

比容積 質量に対する体積の比率である物質の物理的特性。これは密度の逆数と同じです。つまり、比容積は密度に反比例します。比容積はすべての状態または物質に適用されますが、気体を含む計算には実用的な用途があります。

比容積の SI 単位は立方メートル/キログラム (m/kg) です。ただし、グラムあたりのミリリットル (mL/g) やポンドあたりの立方フィート (ft/lb) など、質量あたりの体積の他の単位で表すこともできます。

比容積式

3 つの一般的な比容積式があります:

最初の式は物質のすべての状態に適用されます。

2 番目の方程式は、主に気体と液体を指します。これらは比較的非圧縮性であるため、密度が温度や圧力にあまり依存しないからです。

3 番目の方程式は、理想気体、または低温および低圧での実在気体の近似挙動に適用されます。

比容積は内在的で集中的

比容積は単位質量あたりであるため、その値はサンプル サイズに依存しません。したがって、それは物質の本質的かつ集中的な特性です。物質をどこでサンプリングしても、比容積の値は同じです。

計算例

0.037 m のタンクには 5 kg の空気があります。空気の比容積は?

ν=V/m
ν =0.037 m / 5 kg =0.0074 m/kg

銀の密度は 10.49 g/cm です。その比容積は?

ν =1 /ρ
ν =1 /(10.49 g/cm ) =0.095 cm/g

比容積値の表

表には、通常、密度の値と組み合わせて、特定の体積の値が一覧表示されます。ほとんどの場合、値は 0 °C (273.15 K、32 °F) および 1 気圧である標準温度および圧力 (STP) でのものです。

冷媒、空気、蒸気については、さまざまな温度と圧力の値に関するより広範な表が存在します。

特定のボリュームの用途

比容積は、工学、化学、および物理学で使用されます。この概念は物質のあらゆる状態に適用されますが、通常は変化する条件下でのガスの挙動に関する予測に使用されます。体積、モル体積、部分モル体積の計算に適用されます。

たとえば、一定数のガス分子を含む密閉チャンバーを考えてみましょう:

• 気体の密度が 2 倍になると、比容積は半分になります。
• 比容積が 2 倍になると、密度は半分になります。
• 分子の数が一定のままチャンバーが膨張 (体積が増加) すると、ガス密度が減少し、比容積が増加します。
• 分子の数が一定のままチャンバーが収縮する (体積が減少する) と、ガス密度が増加し、比容積が減少します。
• 一部の分子が除去されても体積が一定のままである場合、密度は減少し、比体積は増加します。
• いくつかの分子が追加されても、体積が一定のままである場合、密度は増加し、比体積は減少します。

比容積 vs 比重

比重は、ある物質の密度と別の物質の密度の比です。比容積は密度の逆数であるため、比重の決定に使用できます。

たとえば、比重は、ある物質が別の物質に浮くか沈むかを予測します。物質 A の比容積が 0.358 cm/g、物質 B の比容積が 0.374 cm/g の場合、それぞれの値の逆数を取ると密度が得られます。したがって、A の密度は 2.79 g/cm で、B の密度は 2.67 g/cm です。 A と B の密度を比較した比重は 1.04、または A と比較した B の比重は 0.95 です。 A は B より密度が高いため、A は B に沈むか、B は A に浮きます。

参考文献

• モラン、マイケル (2014)。 エンジニアリング熱力学の基礎 、第8版。ワイリー。 ISBN 978-1118412930.
• シルバーソーン、ディー (2016)。 人間の生理学:統合的アプローチ .ピアソン。 ISBN 978-0-321-55980-7.
• ウォーカー、ジャー (2010)。 物理学の基礎 （第9版）。ハリデー。 ISBN 978-0470469088.