Az ömlesztett modulus a állandó leírja, hogy az anyag mennyire ellenálló a tömörítésnek. Ez a következő definíciója: hányados között nyomás az anyag növekedése és ebből következő csökkenése hangerő. Együtt Young modulusa, az nyírási modulusés Hooke törvénye, az ömlesztett modulus leírja az anyag stresszre adott reakcióját vagy deformáció.
Az ömlesztett modulust általában a K vagy B az egyenletekben és a táblázatokban. Bár ez bármely anyag egyenletes összenyomására vonatkozik, leggyakrabban a folyadékok viselkedésének leírására használják. Használható a tömörítés előrejelzésére, kiszámítja a sűrűséget, és közvetetten jelzik a a kémiai kötés típusai egy anyagon belül. Az ömlesztett modulust a rugalmas tulajdonságok leírójának tekintik, mivel a sűrített anyag visszatér az eredeti térfogatához, amint a nyomást elengedik.
A ömlesztett modulus egységei: pascal (Pa) vagy newton négyzetméterenként (N / m2) a metrikus rendszerben, vagy font / négyzet hüvelyk (PSI) az angol rendszerben.
A folyadék ömlesztett modulus (K) értékeinek táblázata
A szilárd anyagok ömlesztett modulusának értékei vannak (pl. Acél esetében 160 GPa; 443 GPa gyémánt esetében; 50 MPa szilárd héliumhoz) és gázokhoz (például 101 kPa levegőhöz állandó hőmérsékleten), de a leggyakoribb táblázatok felsorolják a folyadékok értékeit. Itt vannak reprezentatív értékek, mind angol, mind metrikus egységekben:
| Angol egységek (105 PSI) |
SI egységek (109 Pa) |
|
|---|---|---|
| aceton | 1.34 | 0.92 |
| Benzol | 1.5 | 1.05 |
| Szén-tetraklorid | 1.91 | 1.32 |
| Etilalkohol | 1.54 | 1.06 |
| Benzin | 1.9 | 1.3 |
| Glicerin | 6.31 | 4.35 |
| ISO 32 ásványolaj | 2.6 | 1.8 |
| Kerozin | 1.9 | 1.3 |
| Higany | 41.4 | 28.5 |
| Paraffinolaj | 2.41 | 1.66 |
| Benzin | 1.55 - 2.16 | 1.07 - 1.49 |
| Foszfát-észter | 4.4 | 3 |
| SAE 30 olaj | 2.2 | 1.5 |
| tengervíz | 3.39 | 2.34 |
| Kénsav | 4.3 | 3.0 |
| Víz | 3.12 | 2.15 |
| Víz - Glikol | 5 | 3.4 |
| Víz - olaj emulzió | 3.3 | 2.3 |
Az K érték változik, a halmazállapot minta, és bizonyos esetekben a hőfok. Folyadékokban az oldott gáz mennyisége nagyban befolyásolja az értéket. Magas értéke K Az anyag azt jelzi, hogy az anyag ellenáll a kompressziónak, míg az alacsony érték azt jelzi, hogy a térfogat egyenletes nyomás mellett érzékelhetően csökken. Az ömlesztett modulus viszonossága a összenyomhatóság, tehát az alacsony ömlesztett modulusú anyagnak nagy a sűrűsége.
A táblázat áttekintése után láthatja a folyékony fém higany szinte összenyomhatatlan. Ez tükrözi a higanyatomok nagy atom sugarát a szerves vegyületek atomjaihoz képest, valamint az atomok csomagolását. A hidrogénkötés miatt a víz ellenáll a kompressziónak is.
Ömlesztett moduláris képletek
Az anyag ömlesztett modulusát pordiffrakcióval lehet mérni, röntgen, neutronok vagy elektronok felhasználásával, amelyek porított vagy mikrokristályos mintát céloznak meg. Ezt a következő képlettel lehet kiszámítani:
Kompressziós modulus (K) = Térfogati feszültség / térfogati feszültség
Ez ugyanaz, mintha azt állítja, hogy egyenlő a nyomás változásával és a térfogat változásával, elosztva a kezdeti térfogattal:
Kompressziós modulus (K) = (p1 - p0) / [(V1 - V0) / V0]
Itt, p0 és V.0 a kezdeti nyomás és térfogat, és p1 és V1 a nyomáson mért nyomás és térfogat.
Az ömlesztett modulus rugalmassága nyomással és sűrűséggel is kifejezhető:
K = (p1 - p0) / [(ρ1 - ρ0) / ρ0]
Itt, ρ0 és ρ1 a kezdeti és a végső sűrűség értékek.
Példa számításra
Az ömlesztett modulus felhasználható a folyadék hidrosztatikus nyomásának és sűrűségének kiszámításához. Vegyük például a tengervíz az óceán legmélyebb pontjában, a Mariana árokban. Az árok alapja 10994 m a tengerszint alatt.
A hidraulikus nyomást a Mariana árokban az alábbiak szerint lehet kiszámítani:
p1 = ρ * g * h
Ahol p1 a nyomás, ρ a tengervíz sűrűsége a tengerszint felett, g a gravitáció gyorsulása és h a vízoszlop magassága (vagy mélysége).
p1 = (1022 kg / m3) (9,81 m / s2) (10994 m)
p1 = 110 x 106 Pa vagy 110 MPa
A tengerszint feletti nyomás ismerete 105 Pa, a víz sűrűsége az árok alján kiszámítható:
ρ1 = [(p1 - p) ρ + K * ρ) / K
ρ1 = [[(110x106 Pa) - (1 x 105 Pa)] (1022 kg / m3)] + (2,34 x 109 Pa) (1022 kg / m3) / (2,34 x 109 Pa)
ρ1 = 1070 kg / m3
Mit látsz ebből? Annak ellenére, hogy a Mariana-árok alján óriási nyomás van a vízre, ez nem nagyon sűrítve!
források
- De Jong, Maarten; Chen, Wei (2015). "Szervetlen kristályos vegyületek teljes rugalmasságának ábrázolása". Tudományos adatok. 2: 150009. doi: 10.1038 / sdata.2015.9
- Gilman, J.J. (1969). A szilárd anyagok áramlásának mikromechanikája. New York: McGraw-Hill.
- Kittel, Charles (2005). Bevezetés a szilárdtest fizikába (8. kiadás). ISBN 0-471-41526-X.
- Thomas, Courtney H. (2013). Az anyagok mechanikus viselkedése (2. kiadás). Újdelhi: McGraw Hill oktatás (India). ISBN 1259027511.