Основният модул е a постоянен описва колко устойчиво вещество е на компресия. Определя се като съотношение между налягане увеличаване и произтичащото от това намаляване на материала сила на звука. Заедно с Модулът на Йънг, the модул на срязване, и Законът на Хук, основният модул описва реакцията на материала на стрес или деформация.
Обикновено обемният модул се обозначава с K или B в уравнения и таблици. Въпреки че се прилага за равномерно пресоване на всяко вещество, най-често се използва за описание на поведението на течностите. Може да се използва за прогнозиране на компресията, изчислете плътността, и индиректно посочват видове химично свързване в рамките на вещество. Насипният модул се счита за дескриптор на еластичните свойства, тъй като компресираният материал се връща към първоначалния си обем след освобождаване на налягането.
Единиците за насипния модул са паскала (Pa) или нютона на квадратен метър (N / m)2) в метричната система, или паунда на квадратен инч (PSI) в английската система.
Таблица на стойностите на модулен течен модул (K)
Има стойности на обемни модули за твърди вещества (например 160 GPa за стомана; 443 GPa за диамант; 50 MPa за твърд хелий) и газове (например 101 kPa за въздух при постоянна температура), но най-често срещаните таблици изброяват стойности за течности. Ето представителни стойности както в английски, така и в метрични единици:
| Английски единици (105 PSI) |
SI единици (109 Pa) |
|
|---|---|---|
| ацетон | 1.34 | 0.92 |
| бензол | 1.5 | 1.05 |
| Въглероден тетрахлорид | 1.91 | 1.32 |
| Етилов алкохол | 1.54 | 1.06 |
| бензин | 1.9 | 1.3 |
| глицерин | 6.31 | 4.35 |
| ISO 32 минерално масло | 2.6 | 1.8 |
| керосин | 1.9 | 1.3 |
| живак | 41.4 | 28.5 |
| Парафиново масло | 2.41 | 1.66 |
| бензин | 1.55 - 2.16 | 1.07 - 1.49 |
| Фосфатен естер | 4.4 | 3 |
| SAE 30 Масло | 2.2 | 1.5 |
| Морската вода | 3.39 | 2.34 |
| Сярна киселина | 4.3 | 3.0 |
| вода | 3.12 | 2.15 |
| Вода - гликол | 5 | 3.4 |
| Водно - маслена емулсия | 3.3 | 2.3 |
Най- K стойността варира в зависимост от състояние на материята на извадка, а в някои случаи и на температура. В течностите количеството на разтворения газ силно влияе върху стойността. Висока стойност на K означава, че материалът издържа на компресия, докато ниската стойност показва, че обемът значително намалява при равномерно налягане. Реципрочността на насипния модул е сгъваемостта, така че вещество с нисък насипен модул има висока сгъваемост.
След като прегледате таблицата, можете да видите течен метален живак е почти некомпресивна. Това отразява големия атомен радиус на живачни атоми в сравнение с атомите в органичните съединения, както и опаковането на атомите. Поради водородното свързване водата също издържа на компресията.
Формули за обемни модули
Основният модул на даден материал може да бъде измерен чрез прахова дифракция, като се използват рентгенови лъчи, неутрони или електрони, насочени към прахова или микрокристална проба. Може да се изчисли по формулата:
Модул в насипно състояние (K) = Обемно напрежение / обемно напрежение
Това е същото като да кажем, че се равнява на промяната в налягането, разделена на промяната в обема, разделена на първоначалния обем:
Модул в насипно състояние (K) = (стр1 - п0) / [(V1 - V0) / V0]
Ето, стр0 и V0 са съответно първоначалното налягане и обем и p1 и V1 са налягането и обемът, измерени при компресия.
Еластичността на обемния модул може също да бъде изразена като налягане и плътност:
K = (p1 - п0) / [(ρ1 - ρ0) / ρ0]
Тук, ρ0 и ρ1 са началните и крайните стойности на плътността.
Примерно изчисление
Насипният модул може да се използва за изчисляване на хидростатичното налягане и плътността на течността. Например, помислете за морската вода в най-дълбоката точка на океана, Марианският ров. Основата на изкопа е 10994 м под морското равнище.
Хидростатичното налягане в Марианския транж може да се изчисли като:
р1 = ρ * g * h
Където п1 е налягането, ρ е плътността на морската вода на морското равнище, g е ускорението на гравитацията, а h е височината (или дълбочината) на водния стълб.
р1 = (1022 кг / м3) (9,81 m / s2) (10994 м)
р1 = 110 x 106 Pa или 110 MPa
Познаването на налягането на морското равнище е 105 Pa, плътността на водата в дъното на изкопа може да се изчисли:
ρ1 = [(стр1 - p) ρ + K * ρ) / K
ρ1 = [[(110 х 10)6 Па) - (1 х 105 Па)] (1022 кг / м3)] + (2,34 х 109 Па) (1022 кг / м3) / (2,34 х 109 Pa)
ρ1 = 1070 кг / м3
Какво виждате от това? Въпреки огромния натиск върху водата в дъното на Марианския ров, той не е компресиран много!
Източници
- Де Йонг, Маартен; Chen, Wei (2015). „Определяне на пълните еластични свойства на неорганичните кристални съединения“. Научни данни. 2: 150009. doi: 10.1038 / sdata.2015.9
- Gilman, J.J. (1969). Микромеханика на потока в твърди частици. Ню Йорк: McGraw-Hill.
- Кител, Чарлз (2005). Въведение в физиката на твърдото тяло (8-мо издание). ISBN 0-471-41526-X.
- Томас, Кортни Х. (2013). Механично поведение на материалите (2-ро издание). Ню Делхи: Образование McGraw Hill (Индия). ISBN 1259027511.