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물질의 탄성 연구에서 체적 계수는 물질이 압축에 어느 정도 저항하는지를 나타내는 상수입니다. 압력 증가와 그에 따른 재료의 부피 감소 사이의 비율로 정의됩니다. 영의 계수, 전단 계수 및 Hooke의 법칙과 함께 벌크 계수는 응력 또는 변형에 대한 재료의 반응을 설명합니다 .
일반적으로 체적 계수는 방정식과 표에서 K 또는 B로 표시됩니다. 유체의 거동을 설명하는 데 가장 자주 사용되지만 모든 물질의 균일한 압축을 연구하는 데 사용할 수 있습니다. 다른 용도 중 일부는 압축 예측, 밀도 계산 및 물질 내 화학 결합 유형을 간접적으로 나타내는 것입니다. 압축된 재료는 일단 압력이 해제되면 원래의 부피로 돌아가기 때문에 부피 계수는 탄성 특성의 설명자로 간주됩니다.
부피 모듈러스의 단위는 미터법의 파스칼(Pa) 또는 평방 미터당 뉴턴(N/m 2 ) 또는 영국식 시스템의 평방 인치당 파운드(PSI)입니다.
다양한 유체의 체적 계수 값 표
고체(예: 강철의 경우 160GPa, 다이아몬드의 경우 443GPa, 고체 헬륨의 경우 50MPa) 및 기체(예: 일정한 온도의 공기의 경우 101kPa)에 대한 벌크 모듈러스 값이 있지만 가장 일반적인 표 목록 액체 값. 다음은 영국식 및 미터법 단위의 대표 값입니다.
영국식 단위 미터법 단위
아세톤 1.34 0.92
벤젠 1.5 1.05
사염화탄소 1.91 1.32
에틸 알코올 1.54 1.06
가솔린 1.9 1.3
글리세린 6.31 4.35
광유 ISO 32 2.6 1.8
등유 1.9 1.3
수은 41.4 28.5
파라핀 2.41 1.66
가솔린 1.55 – 2.16 1.07 – 1.49
인산염 에스테르 4.4 3
SAE 30 오일 2.2 1.5
해수 3.39 2.34
황산 4.3 3.0
물 3.12 2.15
물 – 글리콜 5 3.4
물 – 오일 에멀젼 3.3 2.3
B의 값은 물질의 상태와 경우에 따라 온도에 따라 달라집니다. 액체에서 용존 기체의 양은 값에 큰 영향을 미칩니다. B 값이 높으면 재료가 압축에 저항함을 나타내고 값이 낮으면 균일한 압력에서 부피가 눈에 띄게 감소함을 나타냅니다.
일반적으로 고체는 거의 압축할 수 없고, 액체는 아주 조금 압축할 수 있으며, 일정한 부피를 유지하지 못하고 압축할 수 있는 것은 기체 상태의 물질뿐이다. 예를 들어, 부탄 병에서 가스는 고압축되어 있습니다.
벌크 모듈러스 공식
재료의 벌크 모듈러스는 X-선, 중성자 또는 분말 또는 미정질 샘플을 향하는 전자를 사용하여 분말 회절로 측정할 수 있습니다. 다음 공식을 사용하여 계산할 수 있습니다.
체적 계수(B) = 체적 응력/체적 변형
이는 압력 변화를 부피 변화로 나눈 값을 초기 부피로 나눈 것과 같다고 말하는 것과 같습니다.
체적 계수( B ) = (p 1 – p 0 ) / [(V 1 – V 0 ) / V 0 ]
여기서 p0와 V0는 각각 초기 압력과 부피이고, p1과 V1은 압축 후 측정된 압력과 부피이다.
벌크 모듈러스의 탄성은 압력과 밀도로 표현될 수도 있습니다.
B = (p1-p0)/[(ρ1-ρ0)/ρ0]
여기서 ρ 0 및 ρ 1은 초기 및 최종 밀도 값입니다.
계산 예
체적 계수는 액체의 정수압과 밀도를 계산하는 데 사용할 수 있습니다. 예를 들어, 바다의 가장 깊은 지점인 마리아나 해구에 있는 바닷물을 생각해 보십시오. 트렌치의 바닥은 해수면 아래 10,994m입니다.
Mariana Trench의 정수압은 다음과 같이 계산할 수 있습니다.
피 1 = ρ * g * h
여기서 p1은 압력, ρ는 해수면에서의 해수 밀도, g는 중력 가속도, h는 수주의 높이(또는 깊이)입니다.
p1 = (1022kg/m3)(9.81m/s2)(10994m)
p1 = 110 x 106 Pa 또는 110 MPa
해수면의 압력이 105Pa임을 알면 트렌치 바닥의 물 밀도를 계산할 수 있습니다.
ρ 1 = [(p 1 – p) ρ + K * ρ) / K
ρ 1 = [[(110 x 10 6 Pa) – (1 x 10 5 Pa)] (1022 kg/m 3 )] + (2.34 x 10 9 Pa) (1022 kg/m 3 ) / (2, 34 x 109PA)
ρ1 = 1070kg/m3
이것에서 무엇을 볼 수 있습니까? 마리아나 해구 바닥의 물에 대한 엄청난 압력에도 불구하고 그다지 압축되지 않았습니다!
참조
에스파사. (S/F). 재료의 상태. 편집 행성. http://espasa.planetasaber.com/AulaSaber/ficha.aspx?ficha=16957에서 이용 가능
Ruiz, C. 및 Osorio Guillén, J. (2011). 미네랄의 탄성 특성에 대한 이론적 연구. 공학 및 과학. 파일:///C:/Users/isabeljolie/Downloads/Dialnet-EstudioTeoricoDeLasPropiedadesElasticasDeLosMinera-3913114.pdf에서 사용 가능
길만, J. (1969). 고체의 흐름 미세 역학. 맥그로-힐.
