Wat is de bulkmodulus?

Materialen kunnen over het algemeen worden gecomprimeerd wanneer ze worden onderworpen aan externe druk die over hun oppervlakken wordt toegepast. De vermindering van het volume van een materiaal onder een gegeven druk varieert sterk van materiaal tot materiaal. Gassen zijn over het algemeen het gemakkelijkst gecomprimeerd onder druk, terwijl vaste stoffen relatief weinig en met grote moeite kunnen worden gecomprimeerd. De bulkmodulus is een materiaaleigenschap die de mate van weerstand van een materiaal tegen compressie aangeeft. Het kan ook worden verwezen door een aantal andere termen, zoals de bulkmodulus van elasticiteit, de modulus van compressie en andere.

Een manier om eraan te denken is als de wederzijdse samendrukbaarheid. Hoge bulkmodulus voor een materiaal duidt op een relatief hoge weerstand tegen compressie, wat betekent dat het moeilijk te comprimeren is. Een lage waarde duidt op relatief weinig weerstand tegen compressie, wat betekent dat het materiaal relatief gemakkelijk is gecomprimeerd. De bulkmodulus van staal is bijvoorbeeld verschillende orden van grootte groter dan die van lucht, diekan relatief gemakkelijk worden gecomprimeerd met een luchtcompressor.

Waarden van de bulkmodulus van een materiaal variëren afhankelijk van factoren zoals de temperatuur van dat materiaal of de hoeveelheid lucht die erin wordt gemengd. Naarmate een materiaal opwarmt, zal het volume in het algemeen uitbreiden, wat resulteert in een meer open fysieke structuur die gemakkelijker te comprimeren is. Lucht gevangen in een materiaal beïnvloedt ook de fysieke structuur van een materiaal dat daarmee de bulkmodulus beïnvloedt.

Sommige vloeistoffen, zoals water of hydraulische vloeistof, worden soms nonchalant aangeduid als niet -samendrukbare vloeistoffen. Dit is niet strikt nauwkeurig, maar omdat hun compressibiliteit relatief laag is, kan de bulkmodulus worden genegeerd in sommige technische berekeningen. Onder bepaalde omstandigheden moet er echter rekening mee worden gehouden, zoals in sommige hoge druksituaties, moet rekening worden gehouden om een ​​goed systeemontwerp en -functie te waarborgen.

Bijvoorbeeld, de prestaties van hydraulische apparatuur onder zeer hoge druk kunnen worden afgebroken als de bulkmodulus van de hydraulische vloeistof niet in aanmerking wordt genomen in systeemontwerp. Dit komt omdat er enige energie wordt besteed aan het comprimeren van de hydraulische vloeistof in plaats van rechtstreeks naar het werk te gaan die de apparatuur uitvoert. De vloeistof in het systeem moet worden gecomprimeerd tot het punt waarop het verdere compressie bestand is voordat de apparatuur en belasting worden geactiveerd. Afleiding van energie uit de primaire taak kan de positie van de apparatuur beïnvloeden, de kracht die het beschikbaar heeft voor de beoogde functie, de responstijd, enzovoort.

De bulkmodulus is minder vaak een kenmerk van interesse ten opzichte van vaste stoffen, omdat ze meestal extreem moeilijk te comprimeren zijn, maar het is in sommige omstandigheden relevant. De snelheid waarmee het geluid door een vaste stof reist, hangt gedeeltelijk af van de bulkmodulus van het materiaal. De hoeveelheid energie die in een vaste stof kan worden opgeslagen, is ook gerelateerd aan deze eigenschap, dus het is relevant voorDe studie van aardbevingen en seismische golven.

Als wiskundige functie wordt deze materiaaleigenschap uitgedrukt als de verhouding van de uitgeoefende druk tot de verandering in volume van de stof per volume -eenheid. Dit levert een waarde op die wordt uitgedrukt in dezelfde eenheden die worden gebruikt om druk uit te drukken omdat de volume -eenheden annuleren. In grafische vorm is het de helling van de curve gevormd door het uitzetten van de drukken die op een materiaal worden toegepast versus de overeenkomstige specifieke volumes van het materiaal bij die druk.