比容積

熱力学では、物質の比容積（記号：ν、nu）は、物質の体積（V）をその質量（m ）で割った値です。

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

これは物質の質量固有の 固有特性です。密度ρ ( rho )の逆数であり、モル体積やモル質量とも関連しています。

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

比容積の標準的な単位は立方メートル/キログラム（m ³ /kg）ですが、他の単位としてはft ³ /lb、ft ³ /slug、mL/gなどがあります。^[1]

理想気体の比容積は、モル気体定数( R ) と気体の温度( T )、圧力( P )、およびモル質量( M )に関連しています。

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

これは理想気体の法則と物質の量に基づいています。${\displaystyle PV={nRT}}$${\textstyle n=m/M}$

比容積は一般的に以下に適用されます。

• モル体積
• 体積（熱力学）
• 部分モル容積

一定数の酸素ガス原子を含む、容積が可変の気密チャンバーを想像してください。次の 4 つの例を検討してください。

• ガスを出入りさせずにチャンバーを小さくすると、密度が増加し、比容積が減少します。
• ガスを出入りさせずにチャンバーが膨張すると、密度が減少し、比容積が増加します。
• チャンバーのサイズが一定のままで新しいガス原子が注入されると、密度が増加し、比容積は減少します。
• チャンバーのサイズが一定のままで、いくつかの原子が除去されると、密度は減少し、比容積は増加します。

比容積は物質の特性であり、特定の物質 1 キログラムが占める立方メートル数として定義されます。標準単位は立方メートル/キログラム (m ³ /kg または m ³ ·kg ⁻¹ ) です。

比容積は、物質 1 グラムが占める立方センチメートル数で表すこともあります。この場合、単位は立方センチメートル/グラム (cm ³ /g または cm ³ ·g ^{−1 ) です。m 3 /kg を cm 3} /gに変換するには、1000 を掛けます。逆に、0.001 を掛けます。

比容積は密度に反比例します。物質の密度が 2 倍になると、同じ基本単位で表される比容積は半分になります。密度が以前の値の 1/10 に低下すると、同じ基本単位で表される比容積は 10 倍に増加します。

気体の密度は温度がわずかに変化しただけでも変化しますが、一般に非圧縮性であると考えられている液体や固体の密度はほとんど変化しません。比容積は物質の密度の逆数であるため、気体を扱う場合には慎重に考慮する必要があります。温度がわずかに変化しただけでも、比容積に顕著な影響が及びます。

人間の血液の平均密度は1060 kg/m ³です。その密度に対応する比容積は0.00094 m ^{3 /kgです。血液の平均比容積は水の平均比容積0.00100 m 3} /kgとほぼ同じであることに注目してください。^[2]

過熱蒸気などの理想気体の比容積を、 ν = RT / Pという式を使って求めようとすると、圧力は2500 lbf/in ²、Rは0.596、温度は1960  °R。その場合、比容積は0.4672 in ³ /lbになります。ただし、温度が1160 °R では、過熱蒸気の比容積は 0.2765 in ³ /lb に変化し、全体で 59% の変化となります。

2つ以上の物質の比容積を知ることで、特定の用途に役立つ情報を得ることができます。比容積が0.657 cm ^{3 /gの物質Xと比容積が0.374 cm 3} /gの物質Yの場合、各物質の密度は比容積の逆数を取ることで求められます。したがって、物質Xの密度は1.522 g/cm ³で、物質Yの密度は2.673 g/cm ³です。この情報があれば、各物質の相対的な比重を求めることができます。物質XのYに対する比重は0.569で、物質YのXに対する比重は1.756です。したがって、物質XをYの上に置いても沈みません。^[3]

非理想溶液の比容積は、成分の 部分比容積の合計です。

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

M は混合物のモル質量です。これはシステムに関連付けられた 強度特性であるため、体積の代わりに使用できます。

下の表は、役に立つかもしれない様々な一般的な物質の密度と比容積を示しています。値は標準温度と標準圧力で記録されており、0 °C (273.15 K、32 °F)、1 atm (101.325 kN/m ²、101.325 kPa、14.7 psia、0 psig、30 in Hg、760 torr) の空気として定義されています。^[4]

* 標準温度と圧力で取得された値ではありません