Объёмный модуль упругости

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Объёмный мо́дуль упру́гости (модуль объёмного сжатия) — характеристика способности вещества сопротивляться всестороннему сжатию. Эта величина определяет связь между относительным изменением объёма тела и вызвавшим это изменение давлением. Например, у воды объёмный модуль упругости составляет около 2000 МПа; это число показывает, что для уменьшения объёма воды на 1 % необходимо приложить внешнее давление величиной 20 МПа. С другой стороны, при увеличении внешнего давления на 0,1 МПа объём воды уменьшается на 1/20 000 часть. Единицей измерения объёмного модуля упругости в Международной системе единиц (СИ) является паскаль (русское обозначение: «Па»; международное: «Pa»)[1].

Определение[править | править код]

Модуль объёмной упругости определяется формулой:

где — давление, а — объём.

Величина, обратная модулю объёмной упругости, называется коэффициентом объёмного сжатия.

Можно показать, что в случае изотропного тела модуль объёмной упругости может быть выражен через любые две из нижеперечисленных величин: модуль Юнга , коэффициент Пуассона , модуль сдвига , первый параметр Ламэ :

Термодинамические соотношения[править | править код]

Строго говоря, объёмный модуль упругости является термодинамической величиной, и необходимо определить объёмный модуль упругости в зависимости от условий изменения температуры: при постоянной температуре (изотермический ), при постоянной энтропии (адиабатический ) и т. д. В частности, подобные различия обычно важны для газов.

В случае идеального газа изотермический и адиабатический модули объёмной упругости выражаются простыми формулами. Так, из уравнения изотермы идеального газа следует:

Используя уравнение адиабаты можно получить

где показатель адиабаты.

Приведённые уравнения, выполняющиеся точно для идеальных газов, применительно к реальным газам становятся приближёнными.

Для жидкостей объёмный модуль упругости K и плотность ρ определяют скорость звука c (волны давления (англ.)), согласно формуле Ньютона-Лапласа

Измерение[править | править код]

Объёмный модуль упругости можно измерить с помощью порошковой рентгеновской дифракции.

Некоторые значения[править | править код]

Приблизительные значения объёмного модуля упругости (К) для некоторых материалов
Материал Объёмный модуль упругости в ГПа Объёмный модуль упругости в фунт-силе на квадратный дюйм
Стекло (см. также диаграмму ниже таблицы) от 35 до 55 5,8⋅103
Сталь 160 23⋅103
Алмаз[2] 442 64⋅103
Влияние некоторых примесей, добавляемых в стекло, на его объёмный модуль упругости[3]
Приблизительный значения объёмного модуля упругости (K) для других веществ
Вода 2,2⋅109 Па (значение возрастает при более высоких давлениях)
Воздух 1,42⋅105 Па (Адиабатический объёмный модуль упругости)
Воздух 1,01⋅105 Па (объёмный модуль упругости при постоянной температуре)
Твёрдый гелий 5⋅107 Па (приблизительно)

Примечания[править | править код]

  1. Bulk Elastic Properties. hyperphysics. Georgia State University. Проверено 1 октября 2011. Архивировано 30 августа 2012 года.
  2. Cohen, Marvin (1985). “Calculation of bulk moduli of diamond and zinc-blende solids”. Phys. Rev. B. 32: 7988—7991. Bibcode:1985PhRvB..32.7988C. DOI:10.1103/PhysRevB.32.7988.
  3. Fluegel, Alexander Bulk modulus calculation of glasses. glassproperties.com. Проверено 1 октября 2011. Архивировано 30 августа 2012 года.