Kaj je Bulk Modulus?
Definicija, formule, primeri
Modul razsipnosti je merilo, kako nestisljiv je material. Piotr Marcinski / EyeEm / Getty Images
Modul nasipnosti je a konstantna opisuje, kako odporna je snov na stiskanje. Opredeljena je kot razmerje med pritisk povečanje in posledično zmanjšanje materiala glasnost . Skupaj z Youngov modul , the strižni modul , in Hookov zakon , modul razsipnosti opisuje odziv materiala na obremenitev oz obremenitev .
Običajno je nasipni modul označen z K oz B v enačbah in tabelah. Čeprav velja za enakomerno stiskanje katere koli snovi, se najpogosteje uporablja za opis obnašanja tekočin. Uporablja se lahko za predvidevanje kompresije, izračunajte gostoto , in posredno kažejo na vrste kemičnih vezi znotraj snovi. Modul razsipnosti velja za deskriptor elastičnih lastnosti, ker se stisnjen material vrne v prvotno prostornino, ko se tlak sprosti.
Enote za prostorninski modul so Pascal (Pa) oz newtonov na kvadratni meter (N/mdva) v metričnem sistemu, oz funtov na kvadratni palec (PSI) v angleškem sistemu.
Tabela vrednosti modula prostornine (K) tekočine
Obstajajo vrednosti nasipnega modula za trdne snovi (npr. 160 GPa za jeklo; 443 GPa za diamant; 50 MPa za trden helij) in pline (npr. 101 kPa za zrak pri konstantni temperaturi), vendar najpogostejše tabele navajajo vrednosti za tekočine. Tu so reprezentativne vrednosti v angleških in metričnih enotah:
| Angleške enote ( 105 PSI) | Enote SI ( 109 Pa) | |
|---|---|---|
| Aceton | 1.34 | 0,92 |
| Benzen | 1.5 | 1.05 |
| Ogljikov tetraklorid | 1.91 | 1.32 |
| Etilni alkohol | 1.54 | 1.06 |
| Bencin | 1.9 | 1.3 |
| Glicerin | 6.31 | 4.35 |
| ISO 32 Mineralno olje | 2.6 | 1.8 |
| kerozin | 1.9 | 1.3 |
| Merkur | 41.4 | 28.5 |
| Parafinsko olje | 2.41 | 1.66 |
| Bencin | 1,55 - 2,16 | 1,07 - 1,49 |
| Fosfatni ester | 4.4 | 3 |
| SAE 30 olje | 2.2 | 1.5 |
| Morska voda | 3.39 | 2.34 |
| Žveplova kislina | 4.3 | 3.0 |
| voda | 3.12 | 2.15 |
| Voda - glikol | 5 | 3.4 |
| Vodno-oljna emulzija | 3.3 | 23 |
The K vrednost se razlikuje glede na agregatno stanje vzorca in v nekaterih primerih na temperaturo . V tekočinah količina raztopljenega plina močno vpliva na vrednost. Visoka vrednost K označuje, da se material upira stiskanju, medtem ko nizka vrednost označuje, da se prostornina občutno zmanjša pod enakomernim pritiskom. Recipročna vrednost modula prostornine je stisljivost, zato ima snov z nizkim modulom prostornine visoko stisljivost.
Ob pregledu tabele lahko vidite tekoča kovina živo srebro je zelo skoraj nestisljiv. To odraža velik atomski polmer atomov živega srebra v primerjavi z atomi v organskih spojinah in tudi pakiranje atomov. Zaradi vodikove vezi se voda upira tudi stiskanju.
Formule razsutega modula
Masivni modul materiala se lahko meri z difrakcijo prahu z uporabo rentgenskih žarkov, nevtronov ali elektronov, usmerjenih v praškast ali mikrokristalni vzorec. Lahko se izračuna po formuli:
Bulk modul ( K ) = Volumetrična napetost / Volumetrična deformacija
To je enako, kot če bi rekli, da je enako spremembi tlaka, deljeni s spremembo volumna, deljeno z začetnim volumnom:
Bulk modul ( K ) = (str1- str0) / [(IN1- IN0) / IN0]
Tukaj, str0in V0sta začetni tlak oziroma prostornina in p1in V1 sta tlak in prostornina, izmerjena pri stiskanju.
Modul nasipne elastičnosti se lahko izrazi tudi s tlakom in gostoto:
K = (str1- str0) / [(r1- r0) / r0]
Tukaj, ρ0in ρ1sta začetna in končna vrednost gostote.
Primer izračuna
Modul razsipnosti se lahko uporabi za izračun hidrostatičnega tlaka in gostote tekočine. Na primer, razmislite o morski vodi v najgloblji točki oceana, Marianskem jarku. Osnova jarka je 10994 m pod morsko gladino.
Hidrostatični tlak v Marianskem jarku se lahko izračuna kot:
str1= ρ*g*h
Kje p1je tlak, ρ je gostota morske vode na gladini morja, g je gravitacijski pospešek in h je višina (ali globina) vodnega stolpca.
str1= (1022 kg/m3)(9,81 m/sdva)(10994 m)
str1= 110 x 106Pri ali 110 MPa
Vemo, da je tlak na morski gladini 105Pa se lahko izračuna gostota vode na dnu jarka:
r1= [(str1- p)ρ + K*ρ) / K
r1= [[(110 x 106Pa) - (1 x 105Pa)] (1022 kg/m3)] + (2,34 x 109Pa)(1022 kg/m3)/(2,34 x 109Pa)
r1= 1070 kg/m3
Kaj lahko vidite iz tega? Kljub ogromnemu pritisku na vodo na dnu Marianskega jarka ta ni zelo stisnjena!
Viri
- De Jong, Maarten; Chen, Wei (2015). 'Prikaz popolnih elastičnih lastnosti anorganskih kristaliničnih spojin'. Znanstveni podatki . 2: 150009. doi:10.1038/sdata.2015.9
- Gilman, J.J. (1969). Mikromehanika toka v trdnih snoveh . New York: McGraw-Hill.
- Kittel, Charles (2005). Uvod v fiziko trdne snovi (8. izdaja). ISBN 0-471-41526-X.
- Thomas, Courtney H. (2013). Mehansko obnašanje materialov (2. izdaja). New Delhi: McGraw Hill Education (Indija). ISBN 1259027511.