विशिष्ट आयतन

ऊष्मा गतिकी में किसी रासायनिक पदार्थ का विशिष्ट आयतन (प्रतीक: ν, nu) पदार्थ का एक आंतरिक गुण है जिसे पदार्थ के आयतन (V) के द्रव्यमान (m) के अनुपात के रूप में परिभाषित किया जाता है यह घनत्व ρ का व्युत्क्रम है यह मोलर आयतन और मोलर द्रव्यमान से संबंधित होता है:

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

विशिष्ट आयतन की मानक इकाई घनमीटर प्रति किलोग्राम (m³/kg) है लेकिन अन्य इकाइयों में ft³/lb, ft³/s या mL/g सम्मिलित हैं।

आदर्श गैस के लिए विशिष्ट आयतन मोलर गैस स्थिरांक (R) और गैस के तापमान (T), दाब (P) और मोलर द्रव्यमान (M) से संबंधित है जैसा कि नीचे दिखाया गया है:

जब $PV={nRT}$ और ${\textstyle n={\frac {m}{M}}}$

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

अनुप्रयोग

विशिष्ट आयतन सामान्यतः इसके लिए प्रयुक्त होता है:

• मोलर आयतन
• आयतन (ऊष्मा गतिकी)
• आंशिक मोलर आयतन

ऑक्सीजन गैस के परमाणुओं की एक निश्चित संख्या वाले परिवर्तनशील आयतन, वायुरोधी कक्ष की कल्पना करें और निम्नलिखित चार उदाहरणों पर विचार करें:

• यदि गैस को कक्ष के अंदर या बाहर जाने की स्वीकृति दिए बिना कक्ष को अपेक्षाकृत छोटा किया जाता है तो घनत्व बढ़ जाता है और विशिष्ट आयतन कम हो जाता है।
• यदि गैस को कक्ष के अंदर या बाहर जाने के अतिरिक्त विस्तृत होता है तो घनत्व कम हो जाता है और विशिष्ट आयतन बढ़ जाता है।
• यदि कक्ष का आकार स्थिर रहता है और गैस के नए परमाणुओं को अंतःक्षिप्त किया जाता है तो घनत्व बढ़ जाता है और विशिष्ट आयतन घट जाता है।
• यदि कक्ष का आकार स्थिर रहता है और कुछ परमाणुओं को पृथक कर दिया जाता है तो घनत्व कम हो जाता है और विशिष्ट आयतन बढ़ जाता है।

विशिष्ट आयतन पदार्थ की एक विशेषता है जिसे किसी विशेष पदार्थ के एक किलोग्राम वाले घन मीटर की संख्या के रूप में परिभाषित किया गया है जिसकी मानक इकाई घनमीटर प्रति किलोग्राम (m³/kg या m³/kg⁻¹) है। कभी-कभी किसी पदार्थ के एक ग्राम द्वारा अधिकृत किए गए घन सेंटीमीटर की संख्या के संदर्भ में विशिष्ट विशिष्ट आयतन को व्यक्त किया जाता है इस स्थिति में इकाई सेंटीमीटर घन प्रतिग्राम (cm³/g या cm³·g⁻¹) है। m³/kg को cm³/g में रूपांतरित करने के लिए 1000 से गुणा करें और इसके विपरीत 0.001 से गुणा करें। विशिष्ट आयतन घनत्व के व्युत्क्रमानुपाती होता है।

यदि किसी पदार्थ का घनत्व दोगुना हो जाता है तो उसका विशिष्ट आयतन आधा हो जाता है जैसा कि समान आधार इकाइयों में व्यक्त किया जाता है यदि घनत्व घटकर 1/10 हो जाता है तो विशिष्ट आयतन 10 गुना से बढ़ जाता है जैसा कि समान आधार इकाइयों में व्यक्त किया गया है।

तापमान में अपेक्षाकृत भिन्नता के साथ गैसों का घनत्व परिवर्तित हो जाता है जबकि द्रव और ठोस पदार्थों का घनत्व अपेक्षाकृत बहुत कम परिवर्तित होता है जिसे सामान्यतः असम्पीडित माना जाता है विशिष्ट आयतन किसी पदार्थ के घनत्व का व्युत्क्रम होता है इसलिए गैसों को सम्मिलित करने वाली स्थितियों के समय सावधानीपूर्वक विचार किया जाना चाहिए कि तापमान में अपेक्षाकृत छोटे परिवर्तन का विशिष्ट आयतनों पर अत्यधिक प्रभाव पड़ता है।

मनुष्य के रक्त का औसत घनत्व 1060 किग्रा/घन मीटर होता है उस घनत्व से संबंधित विशिष्ट आयतन 0.00094 m³/kg होता है ध्यान दें कि रक्त का औसत विशिष्ट आयतन पानी के 0.00100 m³/kg के लगभग समान होता है।

अनुप्रयोगों के उदाहरण

यदि किसी आदर्श गैस का विशिष्ट आयतन निर्धारित करने के लिए समीकरण ν = RT/P का उपयोग किया जाता है जहां दाब 2500 lbf/in² , R = 0.596 और तापमान 1960 °R है उस स्थिति में विशिष्ट आयतन 0.4672 in³/lb के बराबर होगा। हालाँकि यदि तापमान को 1160 °R में परिवर्तित कर दिया जाता है तो अतितापित भाप का विशिष्ट आयतन 0.2765 in³/lb हो जाता है जो कि 59% समग्र परिवर्तन है।

दो या दो से अधिक पदार्थों का विशिष्ट आयतन जानने से कुछ अनुप्रयोगों के लिए उपयोगी जानकारी प्राप्त करने की स्वीकृति प्राप्त होती है 0.657 cm³/g के विशिष्ट आयतन वाले पदार्थ X के लिए 0.374 cm3/g के विशिष्ट आयतन वाले पदार्थ Y के लिए, विशिष्ट आयतन का व्युत्क्रम मे प्रत्येक पदार्थ का घनत्व प्राप्त किया जा सकता है इसलिए, पदार्थ X का घनत्व 1.522 g/cm³ होता है और पदार्थ Y का घनत्व 2.673 g/cm³ होता है इस जानकारी से प्रत्येक पदार्थ का एक दूसरे के सापेक्ष विशिष्ट गुरुत्वाकर्षण ज्ञात किया जा सकता है और Y के संबंध में पदार्थ X का विशिष्ट गुरुत्वाकर्षण 0.569 होता है जबकि X के संबंध में Y का विशिष्ट गुरुत्वाकर्षण 1.756 है इसलिए पदार्थ X को यदि Y पर रखा जाता है तो पदार्थ Y पृथक नही होता है।

समाधान का विशिष्ट आयतन

एक गैर-आदर्श समाधान का विशिष्ट आयतन घटकों के आंशिक विशिष्ट संस्करणों का योग है:

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

जहाँ M मिश्रण का मोलर द्रव्यमान है।

सामान्य विशिष्ट आयतनओं की तालिका

नीचे दी गई तालिका प्रायः उपयोग होने वाले विभिन्न प्रकार के सामान्य पदार्थों के लिए घनत्व और विशिष्ट आयतन को प्रदर्शित करती है जो मानक तापमान और दाब पर प्रस्तुत किए गए थे, जिसे 0 °C (273.15 K, 32 °F) और 1atm (101.325 kN/m2, 101.325 kPa, 14.7 psia, 0 psig, 30 in Hg, 760) पर वायु के रूप में परिभाषित किया गया है।

पदार्थ का नाम	घनत्व	विशिष्ट आयतन
	(kg/m3)	(m3/kg)
वायु	1.225	0.816
बर्फ़	916.7	0.00109
पानी (द्रव)	1000	0.00100
लवण	1030	0.00097
पारा	13546	0.00007
आर-22*	3.66	0.273
अमोनिया	0.769	1.30
कार्बन डाईऑक्साइड	1.977	0.506
क्लोरीन	2.994	0.334
हाइड्रोजन	0.0899	11.12
मीथेन	0.717	1.39
नाइट्रोजन	1.25	0.799
वाष्प	0.804	1.24