الحجم النوعي

في الديناميكا الحرارية ، الحجم النوعي للمادة (رمزه: ν ، nu ) هو حاصل قسمة حجم المادة ( V ) على كتلتها ( m ) :

${\displaystyle \nu ={\frac {V}{m}}}$

هي خاصية جوهرية للمادة تعتمد على كتلتها . وهي مقلوب الكثافة ρ ( ρ ) ، وترتبط أيضًا بالحجم المولي والكتلة المولية .

${\displaystyle \nu =\rho ^{-1}={\frac {\tilde {V}}{M}}}$

الوحدة القياسية للحجم النوعي هي المتر المكعب لكل كيلوغرام (م ³ /كغ)، ولكن هناك وحدات أخرى تشمل قدم ³ /رطل، قدم ³ /سلاغ، أو مل /غ. ^{[ 1 ]}

يرتبط الحجم النوعي للغاز المثالي بثابت الغاز المولي ( R ) ودرجة حرارة الغاز ( T ) وضغطه ( P ) وكتلته المولية ( M ) كما هو موضح:

منذ${\displaystyle PV={nRT}}$و${\textstyle n={\frac {m}{M}}}$

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

يُستخدم مصطلح الحجم النوعي عادةً للإشارة إلى:

• الحجم المولي
• الحجم (الديناميكا الحرارية)
• الحجم المولي الجزئي

تخيل حجرة محكمة الإغلاق ذات حجم متغير تحتوي على عدد معين من ذرات غاز الأكسجين. انظر إلى الأمثلة الأربعة التالية:

• إذا تم تصغير الحجرة دون السماح بدخول الغاز أو خروجه، فإن الكثافة تزداد والحجم النوعي ينخفض.
• إذا تمددت الحجرة دون السماح بدخول الغاز أو خروجه، فإن الكثافة تنخفض ويزداد الحجم النوعي.
• إذا ظل حجم الحجرة ثابتًا وتم حقن ذرات جديدة من الغاز، فإن الكثافة تزداد والحجم النوعي ينخفض.
• إذا ظل حجم الحجرة ثابتًا وتمت إزالة بعض الذرات، فإن الكثافة تنخفض ويزداد الحجم النوعي.

الحجم النوعي هو خاصية من خواص المواد، ويُعرَّف بأنه عدد الأمتار المكعبة التي يشغلها كيلوغرام واحد من مادة معينة. ووحدته القياسية هي المتر المكعب لكل كيلوغرام (م³ ^/ كغ أو م³ ^· كغ⁻¹ ⁾ .

يُعبّر أحيانًا عن الحجم النوعي بعدد السنتيمترات المكعبة التي يشغلها غرام واحد من المادة. في هذه الحالة، تكون الوحدة هي السنتيمتر المكعب لكل غرام (سم³ ^/ غ أو سم³ ^· غ⁻¹ ⁾ . لتحويل م³ ^/ كغ إلى سم³ ^/ غ، اضرب في 1000؛ وللعكس، اضرب في 0.001.

يتناسب الحجم النوعي عكسياً مع الكثافة. فإذا تضاعفت كثافة مادة ما، ينخفض ​​حجمها النوعي، مُقاساً بنفس وحدات القياس الأساسية، إلى النصف. أما إذا انخفضت الكثافة إلى عُشر قيمتها السابقة، فإن الحجم النوعي، مُقاساً بنفس وحدات القياس الأساسية، يزداد بمقدار عشرة أضعاف.

تتغير كثافة الغازات حتى مع تغيرات طفيفة في درجة الحرارة، بينما تتغير كثافة السوائل والمواد الصلبة، التي تُعتبر عمومًا غير قابلة للانضغاط، بشكل طفيف جدًا. الحجم النوعي هو مقلوب كثافة المادة؛ لذا، يجب مراعاة ذلك بدقة عند التعامل مع الغازات. للتغيرات الطفيفة في درجة الحرارة تأثير ملحوظ على الحجم النوعي.

يبلغ متوسط ​​كثافة دم الإنسان 1060  كجم/م³ ^. أما الحجم النوعي المقابل لهذه الكثافة فهو 0.00094 م³ ^/ كجم. لاحظ أن متوسط ​​الحجم النوعي للدم يكاد يكون مطابقًا لمتوسط ​​الحجم النوعي للماء: 0.00100 م³ ^/ كجم. ^{[ 2 ]}

الحجم النوعي لمحلول غير مثالي هو مجموع الأحجام النوعية الجزئية للمكونات:

${\displaystyle \nu ={\frac {1}{\rho }}={\frac {\tilde {V}}{M}}=\sum _{i}w_{i}\cdot {\bar {\nu _{i}}}}$

M هي الكتلة المولية للخليط. ويمكن استخدامها بدلاً من الحجم، لأنها خاصية مكثفة مرتبطة بالنظام.

يعرض الجدول أدناه كثافات وأحجامًا نوعية لمواد شائعة مختلفة قد تكون مفيدة. سُجّلت القيم عند درجة حرارة وضغط قياسيين، وهما: الهواء عند 0  درجة مئوية (273.15 كلفن، 32  درجة فهرنهايت) وضغط جوي واحد (101.325  كيلو نيوتن/م² ، 101.325 كيلو ^باسكال ، 14.7 رطل/بوصة مربعة، 0 رطل/بوصة مربعة، 30 بوصة زئبقية، 760 تور). ^{[ 4 ]}

* لم يتم أخذ القيم عند درجة الحرارة والضغط القياسيين