Объемный модуль представляет собой постоянная описывает, насколько вещество устойчиво к сжатию. Это определяется как соотношение между давление увеличение и результирующее уменьшение материала объем. Вместе с Модуль для младших, модуль сдвига, и Закон Гука, модуль объема описывает реакцию материала на напряжение или напряжение.
Обычно объемный модуль обозначается как К или В в уравнениях и таблицах. Хотя это относится к равномерному сжатию любого вещества, оно чаще всего используется для описания поведения жидкостей. Может использоваться для прогнозирования сжатия, рассчитать плотностьи косвенно указать виды химической связи внутри вещества. Объемный модуль считается дескриптором упругих свойств, потому что сжатый материал возвращается к своему первоначальному объему после сброса давления.
Единицы для модуля объемного Паскалей (Па) или ньютон за квадратный метр (Н / м2) в метрической системе, или фунтов на квадратный дюйм (PSI) в английской системе.
Таблица значений модуля объема жидкости (K)
Существуют значения объемного модуля для твердых веществ (например, 160 ГПа для стали; 443 ГПа для алмаза; 50 МПа для твердого гелия) и газов (например, 101 кПа для воздуха при постоянной температуре), но в наиболее распространенных таблицах приведены значения для жидкостей. Вот репрезентативные значения в английских и метрических единицах:
| Английские единицы (105 PSI) |
Единицы СИ (109 Па) |
|
|---|---|---|
| Ацетон | 1.34 | 0.92 |
| Бензол | 1.5 | 1.05 |
| Тетрахлорид углерода | 1.91 | 1.32 |
| Этиловый спирт | 1.54 | 1.06 |
| бензин | 1.9 | 1.3 |
| Глицерин | 6.31 | 4.35 |
| ISO 32 Минеральное масло | 2.6 | 1.8 |
| керосин | 1.9 | 1.3 |
| Меркурий | 41.4 | 28.5 |
| Парафиновое масло | 2.41 | 1.66 |
| Бензин | 1.55 - 2.16 | 1.07 - 1.49 |
| Фосфатный эфир | 4.4 | 3 |
| SAE 30 Oil | 2.2 | 1.5 |
| морская вода | 3.39 | 2.34 |
| Серная кислота | 4.3 | 3.0 |
| вода | 3.12 | 2.15 |
| Вода - Гликоль | 5 | 3.4 |
| Вода - масляная эмульсия | 3.3 | 2.3 |
К значение варьируется в зависимости от состояние материи образца, а в некоторых случаях на температура. В жидкостях количество растворенного газа сильно влияет на значение. Высокая ценность К указывает, что материал сопротивляется сжатию, в то время как низкое значение указывает, что объем заметно уменьшается при равномерном давлении Обратная величина модуля объемного сжатия - сжимаемость, поэтому вещество с низким модулем объемного сжатия обладает высокой сжимаемостью.
После просмотра таблицы вы можете увидеть жидкометаллическая ртуть почти несжимаемо. Это отражает большой атомный радиус атомов ртути по сравнению с атомами в органических соединениях, а также упаковку атомов. Из-за водородной связи вода также сопротивляется сжатию.
Объемные формулы модуля
Объемный модуль материала может быть измерен с помощью порошковой дифракции с использованием рентгеновских лучей, нейтронов или электронов, направленных на порошкообразный или микрокристаллический образец. Это можно рассчитать по формуле:
Объемный модуль (К) = Объемное напряжение / Объемная деформация
Это то же самое, что сказать, что оно равно изменению давления, поделенному на изменение объема, поделенное на начальный объем:
Объемный модуль (К) = (р1 - п0) / [(V1 - V0) / V0]
Здесь р0 и V0 являются начальным давлением и объемом, соответственно, и р1 и V1 - давление и объем, измеренные при сжатии.
Эластичность по объемному модулю также может быть выражена через давление и плотность:
К = (р1 - п0) / [(ρ1 - ρ0) / ρ0]
Здесь ρ0 и ρ1 начальные и конечные значения плотности.
Пример расчета
Объемный модуль может использоваться для расчета гидростатического давления и плотности жидкости. Например, рассмотрим морскую воду в самой глубокой точке океана, Марианской впадине. Основание траншеи находится на высоте 10994 м ниже уровня моря.
Гидростатическое давление в Марианском желобе может быть рассчитано как:
п1 = ρ * г * ч
Где р1 давление, ρ - плотность морской воды на уровне моря, g - ускорение силы тяжести, а h - высота (или глубина) толщи воды.
п1 = (1022 кг / м3) (9,81 м / с2) (10994 м)
п1 = 110 х 106 Па или 110 МПа
Зная давление на уровне моря 105 Па, плотность воды на дне траншеи может быть рассчитана:
ρ1 = [(р1 - р) ρ + K * ρ) / K
ρ1 = [[(110 x 106 Па) - (1 х 105 Па)] (1022 кг / м3)] + (2,34 x 10)9 Па) (1022 кг / м3) / (2,34 x 10)9 Па)
ρ1 = 1070 кг / м3
Что вы можете увидеть из этого? Несмотря на огромное давление воды на дне Марианской впадины, она не сильно сжата!
источники
- Де Йонг, Мартен; Чен, Вэй (2015). «Диаграмма полных упругих свойств неорганических кристаллических соединений». Научные данные. 2: 150009. doi: 10.1038 / sdata.2015.9
- Gilman, J.J. (1969). Микромеханика течения в твердых телах. Нью-Йорк: Макгроу-Хилл.
- Киттель, Чарльз (2005). Введение в физику твердого тела (8-е издание). ISBN 0-471-41526-X.
- Томас, Кортни Х. (2013). Механическое поведение материалов (2-е издание). Нью-Дели: McGraw Hill Education (Индия). ISBN 1259027511.