Kas yra masinis modulis?
Apibrėžimas, formulės, pavyzdžiai
Tūrinis modulis yra medžiagos nesuspaudžiamumo matas. Piotr Marcinski / EyeEm / Getty Images
Tūrinis modulis yra a pastovus aprašo medžiagos atsparumą suspaudimui. Jis apibrėžiamas kaip santykis tarp spaudimas didėja ir dėl to sumažėja medžiagos kiekis apimtis . Kartu su Youngo modulis , šlyties modulis , ir Huko dėsnis , tūrinis modulis apibūdina medžiagos reakciją į įtempį arba įtempti .
Paprastai tūrinis modulis žymimas K arba B lygtyse ir lentelėse. Nors jis taikomas vienodam bet kokios medžiagos suspaudimui, jis dažniausiai naudojamas skysčių elgsenai apibūdinti. Jis gali būti naudojamas prognozuoti suspaudimą, apskaičiuoti tankį , ir netiesiogiai nurodykite cheminių jungčių tipai medžiagos viduje. Tūrinis modulis laikomas elastingumo savybių deskriptoriumi, nes suslėgta medžiaga grįžta į pradinį tūrį, kai atleidžiamas slėgis.
Tūrinio modulio vienetai yra Paskalis (Pa) arba niutonų kvadratiniam metrui (N/mdu) metrinėje sistemoje arba svarų už kvadratinį colį (PSI) angliškoje sistemoje.
Skysčio tūrio modulio (K) verčių lentelė
Yra kietųjų medžiagų tūrio modulio vertės (pvz., 160 GPa plienui; 443 GPa deimantui; 50 MPa kietam heliui) ir dujoms (pvz., 101 kPa orui esant pastoviai temperatūrai), tačiau dažniausiai lentelėse pateikiamos skysčių vertės. Čia pateikiamos reprezentacinės vertės anglų kalba ir metriniais vienetais:
| Anglų vienetai ( 105 PSI) | SI vienetai ( 109 gerai) | |
|---|---|---|
| Acetonas | 1.34 | 0,92 |
| Benzenas | 1.5 | 1.05 |
| Anglies tetrachloridas | 1.91 | 1.32 |
| Etilo alkoholis | 1.54 | 1.06 |
| Benzino | 1.9 | 1.3 |
| Glicerinas | 6.31 | 4.35 |
| ISO 32 mineralinė alyva | 2.6 | 1.8 |
| Žibalas | 1.9 | 1.3 |
| Merkurijus | 41.4 | 28.5 |
| Parafino aliejus | 2.41 | 1.66 |
| Benzinas | 1,55 - 2,16 | 1,07 - 1,49 |
| Fosfato esteris | 4.4 | 3 |
| SAE 30 aliejus | 2.2 | 1.5 |
| Jūros vanduo | 3.39 | 2.34 |
| Sieros rūgšties | 4.3 | 3.0 |
| Vanduo | 3.12 | 2.15 |
| Vanduo - Glikolis | 5 | 3.4 |
| Vanduo - aliejaus emulsija | 3.3 | 23 |
The K vertė skiriasi priklausomai nuo materijos būsena pavyzdžio, o kai kuriais atvejais ir ant temperatūros . Skysčiuose ištirpusių dujų kiekis labai įtakoja vertę. Didelė vertė K reiškia, kad medžiaga atspari gniuždymui, o maža reikšmė rodo, kad esant vienodam slėgiui tūris pastebimai sumažėja. Tūrinio modulio atvirkštinė vertė yra suspaudžiamumas, todėl medžiaga, kurios tūrinis modulis yra mažas, turi didelį suspaudžiamumą.
Peržiūrėję lentelę galite pamatyti skystas metalinis gyvsidabris yra labai beveik nesuspaudžiamas. Tai atspindi didelį gyvsidabrio atomų atomų spindulį, palyginti su atomais organiniuose junginiuose, taip pat atomų sudėtį. Dėl vandenilinio ryšio vanduo taip pat atsparus suspaudimui.
Masinės modulio formulės
Medžiagos tūrinis modulis gali būti matuojamas miltelių difrakcija, naudojant rentgeno spindulius, neutronus arba elektronus, nukreiptus į miltelinį arba mikrokristalinį mėginį. Jį galima apskaičiuoti pagal formulę:
Masinis modulis ( K ) = Tūrinis įtempis / Tūrinis įtempis
Tai tas pats, kas pasakyti, kad slėgio pokytis padalytas iš tūrio pokyčio, padalytos iš pradinio tūrio:
Masinis modulis ( K ) = (p1- p0) / [(IN1- Į0) / IN0]
Čia, p0ir V0yra atitinkamai pradinis slėgis ir tūris, o p1ir V1 yra slėgis ir tūris, išmatuotas suspaudus.
Tūrinio modulio elastingumas taip pat gali būti išreikštas slėgiu ir tankiu:
K = (p1- p0) / [(r1- r0) / r0]
Čia, ρ0ir ρ1yra pradinės ir galutinės tankio vertės.
Skaičiavimo pavyzdys
Tūrinis modulis gali būti naudojamas skysčio hidrostatiniam slėgiui ir tankiui apskaičiuoti. Pavyzdžiui, apsvarstykite jūros vandenį giliausioje vandenyno vietoje – Marianų įduboje. Tranšėjos pagrindas yra 10994 m žemiau jūros lygio.
Hidrostatinis slėgis Marianos tranšėjoje gali būti apskaičiuojamas taip:
p1= ρ*g*h
Kur p1– slėgis, ρ – jūros vandens tankis jūros lygyje, g – gravitacijos pagreitis, o h – vandens stulpelio aukštis (arba gylis).
p1= (1022 kg/m3)(9,81 m/sdu)(10994 m)
p1= 110 x 106Esant arba 110 MPa
Žinant, kad slėgis jūros lygyje yra 105Pa, galima apskaičiuoti vandens tankį tranšėjos dugne:
r1= [(p1- 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 109gerai)
r1= 1070 kg/m3
Ką tu gali pamatyti iš to? Nepaisant didžiulio vandens spaudimo Marianos tranšėjos dugne, jis nėra labai suspaustas!
Šaltiniai
- De Jong, Maarten; Chen, Wei (2015). „Visų neorganinių kristalinių junginių elastinių savybių diagrama“. Moksliniai duomenys . 2: 150009. doi: 10.1038/sdata.2015.9
- Gilmanas, J.J. (1969). Kietųjų medžiagų srauto mikromechanika . Niujorkas: McGraw-Hill.
- Kittel, Charles (2005). Įvadas į kietojo kūno fiziką (8-asis leidimas). ISBN 0-471-41526-X.
- Thomas, Courtney H. (2013). Medžiagų mechaninis elgesys (2-asis leidimas). Naujasis Delis: McGraw Hill išsilavinimas (Indija). ISBN 1259027511 .