Ce este Bulk Modulus?
Share
Modulul în vrac este o constantă care descrie cât de rezistentă este o substanță la compresiune. Este definit ca raportul dintre creșterea presiunii și scăderea rezultată a volumului unui material. Împreună cu modulul lui Young, modulul de forfecare și legea lui Hooke, modulul major descrie răspunsul materialului la stres sau tulpină.
De obicei, modulul în vrac este indicat de K sau B în ecuații și tabele. Deși se aplică la compresia uniformă a oricărei substanțe, aceasta este cel mai adesea folosită pentru a descrie comportamentul fluidelor. Poate fi utilizat pentru a prezice compresia, pentru a calcula densitatea și pentru a indica indirect tipurile de legături chimice în cadrul unei substanțe. Modulul în vrac este considerat un descriptor al proprietăților elastice, deoarece un material comprimat revine la volumul inițial odată ce presiunea este eliberată.
Unitățile pentru modulul de masă sunt Pascal (Pa) sau newton pe metru pătrat (N / m2) în sistemul metric sau kilograme pe inch (PSI) în sistemul englez.
Tabelul valorilor modulului în vrac fluid (K)
Există valori ale modulului în vrac pentru solide (de exemplu, 160 GPa pentru oțel; 443 GPa pentru diamant; 50 MPa pentru heliu solid) și gaze (de exemplu, 101 kPa pentru aer la temperatură constantă), dar cele mai comune tabele listează valorile pentru lichide. Iată valorile reprezentative, atât în unități de engleză, cât și în unități de măsură:
| Unități engleze (105 PSI) | Unități SI (109 Pa) | |
|---|---|---|
| Acetonă | 1,34 | 0.92 |
| Benzen | 1.5 | 1,05 |
| Tetraclorură de carbon | 1.91 | 1.32 |
| Alcool etilic | 1,54 | 1.06 |
| Benzină | 1.9 | 1.3 |
| Glicerină | 6,31 | 4,35 |
| ISO 32 Ulei mineral | 2.6 | 1.8 |
| petrol lampant | 1.9 | 1.3 |
| Mercur | 41.4 | 28.5 |
| Ulei de parafină | 2.41 | 1.66 |
| Benzină | 1,55 - 2,16 | 1,07 - 1,49 |
| Ester fosfat | 4.4 | 3 |
| SAE 30 Ulei | 2.2 | 1.5 |
| Apa de mare | 3,39 | 2.34 |
| Acid sulfuric | 4.3 | 3.0 |
| Apă | 3.12 | 2.15 |
| Apa - Glicol | 5 | 3.4 |
| Apa - Emulsie de ulei | 3.3 | 2.3 |
K valoarea variază, în funcție de starea materiei unui eșantion și, în unele cazuri, de temperatură. În lichide, cantitatea de gaz dizolvat are un impact semnificativ asupra valorii. O valoare ridicată de K indică un material rezistă la compresiune, în timp ce o valoare scăzută indică că volumul scade considerabil sub presiune uniformă. Reciprocul modulului în vrac este compresibilitatea, deci o substanță cu un modul scăzut de vrac are o compresibilitate ridicată.
La revizuirea tabelului, puteți vedea că mercurul de metale lichide este foarte incompresibil. Aceasta reflectă raza atomică mare a atomilor de mercur în comparație cu atomii din compușii organici și, de asemenea, ambalarea atomilor. Din cauza legăturii de hidrogen, apa rezistă și la compresie.
Formule Modulus în vrac
Modulul în vrac al unui material poate fi măsurat prin difracție de pulbere, folosind raze X, neutroni sau electroni care vizează o probă pulverulentă sau microcristalină. Poate fi calculat folosind formula:
Modulul în vrac (K) = Tensiune volumetrică / tulpină volumetrică
Aceasta este aceeași cu a spune că este egală cu schimbarea presiunii divizată cu schimbarea în volum împărțită la volumul inițial:
Modulul în vrac (K) = (p1 - p0) / [(V1 - V0) / V0]
Aici, p0 și V0 sunt presiunea inițială și respectiv volumul și p1 și V1 sunt presiunea și volumul măsurate la comprimare.
Elasticitatea modulului în vrac poate fi, de asemenea, exprimată în termeni de presiune și densitate:
K = (p1 - p0) / [(ρ1 - ρ0) / ρ0]
Aici, ρ0 și ρ1 sunt valorile densității inițiale și finale.
Exemplu de calcul
Modulul în vrac poate fi utilizat pentru a calcula presiunea hidrostatică și densitatea unui lichid. De exemplu, luați în considerare apa de mare în cel mai adânc punct al oceanului, tranșea Mariana. Baza șanțului se află la 10994 m sub nivelul mării.
Presiunea hidrostatică în șanțul Mariana poate fi calculată astfel:
p1 = ρ * g * h
Unde p1 este presiunea, ρ este densitatea apei de mare la nivelul mării, g este accelerația gravitației și h este înălțimea (sau adâncimea) coloanei de apă.
p1 = (1022 kg / m3) (9,81 m / s2) (10994 m)
p1 = 110 x 106 Pa sau 110 MPa
Cunoașterea presiunii la nivelul mării este de 105 Pa, densitatea apei din partea de jos a șanțului poate fi calculată:
ρ1 = [(p1 - p) ρ + K * ρ) / K
ρ1 = [[(110 x 10)6 Pa) - (1 x 10)5 Pa)] (1022 kg / m3)] + (2,34 x 109 Pa) (1022 kg / m3) / (2,34 x 109 Pa)
ρ1 = 1070 kg / m3
Ce poți vedea din asta? În ciuda presiunii imense asupra apei din partea de jos a șanțului Mariana, aceasta nu este prea comprimată!
surse
- De Jong, Maarten; Chen, Wei (2015). "Graficul proprietăților elastice complete ale compușilor cristalini anorganici". Date științifice. 2: 150009. doi: 10.1038 / sdata.2015.9
- Gilman, J.J. (1969). Micromecanica fluxului în solide. New York: McGraw-Hill.
- Kittel, Charles (2005). Introducere în fizica statului solid (Ediția a VIII-a). ISBN 0-471-41526-X.
- Thomas, Courtney H. (2013). Comportamentul mecanic al materialelor (Ediția a II-a). New Delhi: McGraw Hill Education (India). ISBN 1259027511.
