Vad är bulkmodulen?

Material kan i allmänhet komprimeras när de utsätts för yttre tryck som appliceras över deras ytor. Minskningen i volymen av ett material under ett givet tryck varierar mycket från material till material. Gaser komprimeras i allmänhet lätt under tryck medan fasta ämnen kan komprimeras relativt lite och med stora svårigheter. Bulkmodulen är en materialegenskap som indikerar graden av motstånd hos ett material mot kompression. Det kan också hänvisas till av ett antal andra termer, såsom elasticitetsmodulen, kompressionsmodulen och andra.

Ett sätt att tänka på det är som en ömsesidig kompressibilitet. Hög bulkmodul för ett material indikerar en relativt hög motståndskraft mot kompression, vilket innebär att det är svårt att komprimera. Ett lågt värde indikerar relativt lite motstånd mot kompression, vilket betyder att materialet är relativt lätt komprimerat. Till exempel är bulkmodulen av stål flera storleksordrar större än luft, som kan komprimeras relativt lätt med en luftkompressor.

Värdena på bulkmodulen för ett material varierar beroende på faktorer såsom temperaturen på det materialet eller mängden luft som blandas in i det. När ett material värms upp utvidgas dess volym generellt, vilket resulterar i en öppnare fysisk struktur som är lättare att komprimera. Luft som fångas i ett material påverkar också den fysiska strukturen hos ett material och påverkar dess bulkmodul.

Vissa vätskor, såsom vatten eller hydraulvätska, kallas ibland tillfälligt som inkomprimerbara vätskor. Detta är inte helt exakt, men eftersom deras kompressibiliteter är relativt låga, kan bulkmodulen ignoreras i vissa tekniska beräkningar. Under vissa omständigheter måste det dock beaktas för att säkerställa korrekt systemdesign och -funktion, såsom i vissa högtryckssituationer.

Exempelvis kan prestanda för hydraulisk utrustning under mycket högt tryck försämras om hydraulmodulens bulkmodul inte beaktas vid systemdesign. Detta beror på att lite energi förbrukas vid komprimering av hydraulvätskan snarare än att gå direkt mot det arbete som utrustningen utför. Vätskan i systemet måste komprimeras till den punkt den motstår ytterligare komprimering innan utrustningen och belastningen påverkas. Avledning av energi från den primära uppgiften kan påverka utrustningens position, kraften som den har tillgänglig för sin avsedda funktion, responstid osv.

Bulkmodulen är mindre ofta en egenskap av intresse med avseende på fasta ämnen eftersom de vanligtvis är extremt svåra att komprimera, men det är relevant i vissa fall. Den hastighet med vilken ljudet passerar genom ett fast material beror delvis på materialets bulkmodul. Mängden energi som kan lagras i ett fast ämne är också relaterad till den här egenskapen så det är relevant för studiet av jordbävningar och seismiska vågor.

Som en matematisk funktion uttrycks denna materialegenskap som förhållandet mellan det applicerade trycket och förändringen i ämnets volym per volumenhet. Detta ger ett värde uttryckt i samma enheter som används för att uttrycka tryck eftersom volymenheterna avbryter. I grafisk form är det lutningen på kurvan som bildas genom att plotta de tryck som appliceras på ett material kontra materialets motsvarande specifika volymer vid dessa tryck.