Tabla de Contenidos
Trong nghiên cứu về tính đàn hồi của vật chất, mô đun thể tích là một hằng số mô tả mức độ chịu nén của một chất. Nó được định nghĩa là tỷ lệ giữa sự gia tăng áp suất và sự giảm thể tích của vật liệu. Cùng với mô đun Young, mô đun cắt và định luật Hooke, mô đun khối mô tả phản ứng của vật liệu đối với ứng suất hoặc biến dạng .
Thông thường, mô đun số lượng lớn được biểu thị bằng K hoặc B trong các phương trình và bảng. Nó thường được sử dụng để mô tả hành vi của chất lỏng, nhưng nó có thể được sử dụng để nghiên cứu sự nén đồng nhất của bất kỳ chất nào. Một số ứng dụng khác của nó là dự đoán độ nén, tính mật độ và gián tiếp chỉ ra các loại liên kết hóa học trong một chất. Mô đun thể tích được coi là một mô tả các đặc tính đàn hồi vì vật liệu bị nén trở lại thể tích ban đầu sau khi áp suất được giải phóng.
Đơn vị cho mô đun thể tích là pascal (Pa) hoặc niutơn trên mét vuông (N/m 2 ) trong hệ mét hoặc pao trên inch vuông (PSI) trong hệ Anh.
Bảng giá trị mô đun thể tích của các chất lỏng khác nhau
Có các giá trị mô đun khối cho chất rắn (ví dụ: 160 GPa đối với thép; 443 GPa đối với kim cương; 50 MPa đối với heli rắn) và khí (ví dụ: 101 kPa đối với không khí ở nhiệt độ không đổi), nhưng danh sách các bảng phổ biến nhất các giá trị đối với chất lỏng. Dưới đây là các giá trị đại diện theo cả đơn vị tiếng Anh và hệ mét:
Đơn vị tiếng Anh Đơn vị số liệu
Axeton 1,34 0,92
Benzen 1,5 1,05
Cacbon tetraclorua 1,91 1,32
Rượu etylic 1,54 1,06
Xăng 1,9 1,3
Glixerin 6,31 4,35
Dầu khoáng ISO 32 2.6 1.8
Dầu hỏa 1,9 1,3
Thủy ngân 41,4 28,5
Parafin 2,41 1,66
Xăng 1,55 – 2,16 1,07 – 1,49
Este photphat 4,4 3
Dầu SAE 30 2.2 1.5
Nước biển 3,39 2,34
Axit sunfuric 4,3 3,0
Nước 3,12 2,15
Nước – Glycol 5 3.4
Nhũ tương nước – dầu 3.3 2.3
Giá trị của B thay đổi tùy thuộc vào trạng thái của vật chất và trong một số trường hợp là nhiệt độ. Trong chất lỏng, lượng khí hòa tan có ảnh hưởng lớn đến giá trị. Giá trị cao của B cho biết vật liệu chống nén, trong khi giá trị thấp cho thấy thể tích giảm đáng kể dưới áp suất đồng đều.
Nói chung, chất rắn khó nén, chất lỏng nén rất ít và chỉ có vật chất ở thể khí không giữ được một thể tích nhất định mới nén được. Ví dụ, trong một chai butan, khí được nén rất cao.
Công thức mô đun số lượng lớn
Mô đun khối của vật liệu có thể được đo bằng nhiễu xạ bột, sử dụng tia X, neutron hoặc electron hướng vào mẫu bột hoặc vi tinh thể. Nó có thể được tính bằng công thức sau:
Mô đun thể tích (B) = ứng suất thể tích / biến dạng thể tích
Điều này giống như nói rằng nó bằng sự thay đổi áp suất chia cho sự thay đổi âm lượng chia cho thể tích ban đầu:
Mô đun thể tích ( B ) = (p 1 – p 0 ) / [(V 1 – V 0 ) / V 0 ]
Ở đây p 0 và V 0 lần lượt là áp suất và thể tích ban đầu, còn p 1 và V1 là áp suất và thể tích đo được sau khi nén.
Độ đàn hồi của mô đun số lượng lớn cũng có thể được biểu thị dưới dạng áp suất và mật độ:
B = (p 1 – p 0 ) / [(ρ 1 – ρ 0 ) / ρ 0 ]
Ở đây, ρ 0 và ρ 1 là các giá trị mật độ ban đầu và cuối cùng.
Ví dụ tính toán
Mô đun thể tích có thể được sử dụng để tính áp suất thủy tĩnh và khối lượng riêng của chất lỏng. Ví dụ, hãy xem xét nước biển ở điểm sâu nhất của đại dương, Rãnh Mariana. Đáy rãnh sâu 10.994 m dưới mực nước biển.
Áp suất thủy tĩnh trong rãnh Mariana có thể được tính như sau:
p 1 = ρ * g * h
Trong đó p 1 là áp suất, ρ là khối lượng riêng của nước biển ở mực nước biển, g là gia tốc trọng trường và h là chiều cao (hoặc độ sâu) của cột nước.
p 1 = (1022 kg / m 3 ) (9,81 m / s 2 ) (10994 m)
p 1 = 110 x 10 6 Pa hoặc 110 MPa
Biết rằng áp suất ở mực nước biển là 105 Pa, tính được khối lượng riêng của nước ở đáy rãnh:
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 10 9 PA)
ρ 1 = 1070 kg/m 3
Bạn có thể thấy gì từ điều này? Mặc dù áp suất rất lớn đối với nước ở đáy rãnh Mariana, nhưng nó không bị nén nhiều lắm!
Người giới thiệu
Tây Ban Nha. (S/F). Các trạng thái của vật liệu. Biên tập hành tinh. Có tại http://espasa.planetasaber.com/AulaSaber/ficha.aspx?ficha=16957
Ruiz, C. và Osorio Guillén, J. (2011). Nghiên cứu lý thuyết về tính chất đàn hồi của khoáng vật. Kỹ thuật và Khoa học. Có tại tệp:///C:/Users/isabeljolie/Downloads/Dialnet-EstudioTeoricoDeLasPropiedadesElasticasDeLosMinera-3913114.pdf
Gilman, J. (1969). Vi cơ học dòng chảy trong chất rắn. McGraw-Hill.
