Kebolehmampatan pepejal, cecair, gas, contoh

The kebolehmampatan bahan atau bahan adalah perubahan dalam jumlah yang dialaminya apabila ia tertakluk kepada perubahan tekanan. Biasanya jumlahnya berkurangan apabila menggunakan tekanan pada sistem atau objek. Walau bagaimanapun, kadang -kadang sebaliknya berlaku: perubahan tekanan dapat menghasilkan letupan di mana sistem meningkatkan jumlahnya, atau apabila perubahan fasa berlaku.

Dalam beberapa tindak balas kimia, ini boleh berlaku dan juga dalam gas, kerana dengan meningkatkan kekerapan perlanggaran, kuasa menjijikkan berlaku.

Kapal selam mengalami daya mampatan ketika tenggelam. Sumber: Pixabay.com.

Dengan membayangkan betapa mudahnya atau sukar untuk memampatkan objek, anda perlu mempertimbangkan tiga negeri di mana perkara itu biasanya: pepejal, cecair dan gas. Dalam setiap mereka molekul menjaga jarak tertentu antara satu sama lain. Semakin tegas pautan yang menyatukan molekul bahan yang membuat objek dan lebih dekat adalah, semakin sukar untuk menyebabkan ubah bentuk.

Pepejal mempunyai molekul yang sangat dekat, dan ketika mencuba lebih banyak, daya penolakan muncul yang menghalang tugas. Oleh itu dikatakan bahawa pepejal tidak kompresi. Dalam molekul cecair terdapat lebih banyak ruang, jadi kemampatannya lebih besar, tetapi masih perubahan dalam jumlah biasanya memerlukan daya besar.

Jadi pepejal dan cecair tidak dapat dimampatkan. Variasi tekanan yang sangat besar adalah perlu untuk mencapai perubahan yang ketara dalam keadaan tekanan dan suhu normal yang dipanggil. Sebaliknya, gas, kerana mereka mempunyai molekul yang sangat jarak, mudah dimampatkan dan dimampatkan.

[TOC]

Kebolehmampatan pepejal

Apabila objek direndam dalam cecair misalnya, ia memberi tekanan pada objek ke semua arah. Dengan cara ini kita dapat berfikir bahawa jumlah objek akan berkurangan, walaupun dalam kebanyakan kes ini tidak akan cukup.

Keadaan ini dapat dilihat dalam angka berikut:

Daya yang dikenakan oleh bendalir pada objek tenggelam berserenjang ke permukaan. Sumber: Wikimedia Commons.

Tekanan ditakrifkan sebagai daya per unit kawasan, yang akan menyebabkan perubahan kelantangan ΔV berkadar dengan jumlah awal objek v_{Sama ada}. Perubahan kelantangan ini bergantung pada kualiti yang sama.

Undang -undang Hooke menyatakan bahawa ubah bentuk yang dialami oleh objek adalah berkadar dengan usaha yang digunakan untuknya:

Usaha ∝ Deformasi

Deformasi volumetrik yang dialami oleh badan dikira oleh b yang diperlukan oleh perkadaran yang diperlukan, yang dipanggil sebagai modul volumetrik bahan:

B = -seft/deformasi kesatuan

Boleh melayani anda: Sinaran terma: sifat, contoh, aplikasi

B = -ΔP/ (ΔV/ V_{Sama ada})

Seperti Δv/v_{Sama ada} Ia adalah jumlah yang tidak dimensi, kerana ia adalah kuota antara dua jilid, modul volumetrik mempunyai unit tekanan yang sama, yang dalam sistem antarabangsa adalah Pascal (PA).

Tanda negatif menunjukkan pengurangan jumlah yang dijangkakan, apabila objek itu cukup dimampatkan, iaitu tekanan meningkat.

-Kebolehmampatan bahan

Nilai terbalik atau timbal balik modul volumetrik dikenali sebagai kebolehmampatan Dan ia dilambangkan dengan liriknya k. Oleh itu:

Di sini k Ia adalah negatif perubahan jumlah pecahan disebabkan peningkatan tekanan. Unitnya dalam sistem antarabangsa adalah kebalikan dari PA, iaitu m² /N.

Persamaan untuk b atau k jika disukai, boleh digunakan untuk kedua -dua pepejal dan cecair. Konsep Modul Volumetrik jarang digunakan untuk gas. Kemudian model mudah dijelaskan untuk mengukur penurunan jumlah yang dapat dialami oleh gas sebenar.

Kelajuan bunyi dan modul mampatan

Aplikasi yang menarik adalah kelajuan bunyi dalam medium, yang bergantung kepada modul mampatan yang sama:

Di mana c adalah kelajuan bunyi, b adalah modul volumetrik dan ρ adalah ketumpatan medium

Examle-examples latihan

-Latihan diselesaikan 1

Sfera tembaga pepejal yang jumlahnya 0.8 m³ Ia jatuh ke lautan ke kedalaman di mana tekanan hidrostatik adalah 20 m lebih besar daripada di permukaan. Perubahan apa yang akan mengalami jumlah sfera? Diketahui bahawa modul kebolehmampatan tembaga adalah B = 35 000 mpa,

Penyelesaian

1 m pa = 1 mega pascal = 1. 10 ⁶ PA

Variasi tekanan berkenaan dengan permukaan adalah dp = 20 x 10 ⁶ PA. Memohon persamaan yang diberikan untuk b, anda mempunyai:

B = -ΔP/ (ΔV/ V_{Sama ada})

Oleh itu:

Jadi:

ΔV = -5.71.10 ^-4 x 0.8 m³ = -4.57 x 10^-4 m³

Perbezaan kelantangan boleh mempunyai tanda negatif apabila jumlah akhir kurang daripada jumlah awal, oleh itu hasil ini bersetuju dengan semua andaian yang telah kami buat setakat ini.

Modul kebolehmampatan begitu tinggi, menunjukkan bahawa perubahan besar dalam tekanan diperlukan supaya objek mengalami penurunan jumlah yang cukup besar.

-Latihan diselesaikan 2

Meletakkan telinga melawan trek kereta api diketahui ketika salah satu kenderaan ini menghampiri jarak jauh. Berapa lama bunyi mengambil semasa perjalanan melalui kereta api keluli jika kereta api adalah 1 km jauhnya?

Boleh melayani anda: pemuliharaan momentum linear: prinsip, contoh, latihan.

Data

Ketumpatan keluli = 7.8 x 10 ³ kg/m3

Modul mampatan keluli = 2.0 x 10 ^sebelas PA.

Penyelesaian

Kebolehmampatan cecair

Modul mampatan B yang dikira di atas juga digunakan untuk cecair, walaupun usaha yang besar biasanya diperlukan untuk menghasilkan penurunan yang ketara dalam jumlah. Tetapi cecair boleh berkembang atau berkontrak ketika mereka memanaskan atau sejuk, dan juga jika mereka tidak digalakkan atau bertekanan.

Untuk air dalam keadaan tekanan dan suhu standard (0 ºC dan atmosfera tekanan kira -kira atau 100 kPa), modul volumetrik ialah 2100 MPa. Iaitu, kira -kira 21000 kali tekanan atmosfera.

Oleh itu, dalam kebanyakan aplikasi, cecair biasanya dianggap tidak dapat dikompresikan. Ini dapat dilihat dengan segera dengan aplikasi berangka.

-Latihan diselesaikan 3

Cari penurunan pecahan dalam jumlah air apabila tertakluk kepada tekanan 15 MPa.

Penyelesaian

Kebolehmampatan dalam gas

Gas, seperti yang dijelaskan di atas, bekerja sedikit berbeza.

Untuk mengetahui jumlahnya yang mereka ada n tahi lalat gas tertentu apabila ia disimpan terkurung pada tekanan P dan pada suhu T, Persamaan negeri digunakan. Dalam persamaan negeri untuk gas yang ideal, di mana daya intermolecular tidak diambil kira, model paling mudah menunjukkan bahawa:

P.V_sesuai = n. R. T

Di mana r adalah pemalar gas ideal.

Perubahan dalam jumlah gas boleh dijalankan pada tekanan malar atau pada suhu malar. Sebagai contoh, dengan mengekalkan suhu tetap, kebolehmampatan isoterma κ_T adalah:

Daripada simbol "delta" yang digunakan sebelum menentukan konsep untuk pepejal, untuk gas ia digambarkan dengan derivatif, dalam hal ini sebahagian yang diperolehi berkenaan dengan p, mengekalkan t tetap.

Oleh itu B_T Modul mampatan isoterma adalah:

 B_T = p

Dan modul Bu -kompressibiliti adiabatik B juga penting_adiabatik, Yang tidak ada aliran haba yang masuk atau keluar.

B_adiabatik = γp

Di mana γ adalah pekali adiabatik. Dengan pekali ini, anda boleh mengira kelajuan bunyi di udara:

-Latihan diselesaikan 4

Memohon persamaan sebelumnya, cari kelajuan bunyi di udara.

Data

Modul kebolehmampatan udara adiabatik ialah 1.42 × 10⁵ PA

Ketumpatan udara adalah 1.225 kg/m³ (pada tekanan atmosfera dan 15 ºC)

Penyelesaian

Faktor mampat z

Daripada bekerja dengan modul mampatan, sebagai perubahan unit jumlah akibat perubahan tekanan, Faktor Kampat Gas Sebenar, Konsep yang berbeza tetapi ilustrasi tentang bagaimana gas sebenar dibandingkan dengan gas yang ideal:

Boleh melayani anda: Teori cahaya yang beralun: penjelasan, aplikasi, contoh

P . V_nyata = Z. R. T

Di mana z adalah kebolehpercayaan kebolehmampatan gas, yang bergantung kepada keadaan di mana ia, biasanya merupakan fungsi kedua -dua tekanan P dan suhu T, dapat menyatakan dirinya sebagai:

Z = f (p, t)

Sekiranya berlaku gas ideal z = 1. Untuk gas sebenar nilai z hampir selalu meningkat dengan tekanan dan berkurangan dengan suhu.

Dengan meningkatkan tekanan, molekul gas bertabrakan lebih kerap dan daya menjijikkan di antara mereka meningkat. Ini boleh menyebabkan peningkatan jumlah gas sebenar, jadi z> 1.

Sebaliknya, untuk mengurangkan tekanan, molekul bebas bergerak dan daya tarikan mendominasi. Dalam kes ini, z < 1.

Untuk kes mudah 1 mol gas n = 1, jika tekanan dan keadaan suhu yang sama dikekalkan, dengan membahagikan istilah istilah persamaan sebelumnya diperoleh:

Disimpulkan bahawa:

V_nyata = Z v_sesuai

-Latihan diselesaikan 5

Terdapat gas sebenar pada 250 ºK dan 15 atm tekanan, yang mempunyai isipadu molar 12 % lebih rendah daripada yang dikira oleh status gas ideal. Jika tekanan dan suhu tetap malar, cari:

a) faktor mampat.

b) Jumlah molar gas sebenar.

c) jenis kuasa yang mendominasi: menarik atau menjijikkan?

Penyelesaian

a) Jika jumlah sebenar adalah 12 % lebih rendah daripada yang ideal, ini bermakna:

V_nyata = 0.88 v_sesuai

Oleh itu untuk 1 mol gas, faktor mampatan adalah:

Z = 0.88

b) Memilih pemalar gas ideal dengan unit yang sesuai untuk data yang disediakan:

R = 0.082 l.ATM/mol.K

Jumlah molar dikira dengan membersihkan dan menggantikan nilai:

c) daya menarik mendominasi, kerana z kurang dari 1.

Rujukan

1. Atkins, ms. 2008. Kimia Fizikal. Pan -American Editorial. 10 - 15.
2. Giancoli, d.  2006. Fizik: Prinsip dengan aplikasi. 6^th. Ed Prentice Hall. 242 - 243 dan 314-15
3. Mott, r.  2006. Mekanik cecair. Pendidikan Pearson.13-14.
4. Rex, a. 2011. Asas Fizik. Pendidikan Pearson. 242-243.
5. Tipler, ms. (2006) Fizik untuk Sains dan Teknologi. Edisi ke -5. Jilid 1. Editorial kembali. 542.