Compresibilitatea

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită pe 18 aprilie 2021; verificarea necesită 1 editare .

Compresibilitatea este proprietatea unei substanțe de a-și modifica volumul sub acțiunea unei presiuni externe uniforme [1] . Compresibilitatea este caracterizată de factorul de compresibilitate, care este determinat de formulă

\beta =-{\frac {1}{V}}{\frac {dV}{dp}},

unde V este volumul substanței, p este presiunea ; semnul minus indică o scădere a volumului odată cu creșterea presiunii [2] [3] .

Factorul de compresibilitate se mai numește și coeficientul de compresie generală sau pur și simplu factorul de compresie [4] , coeficientul de dilatare elastică volumetrică [2] , coeficientul de elasticitate volumică' [3] .

Este ușor de arătat că din formula de mai sus rezultă o expresie care raportează coeficientul de compresibilitate la densitatea substanței : ${\rho}$

\beta ={\frac {1}{\rho }}{\frac {d\rho }{dp}}.

Valoarea coeficientului de compresibilitate depinde de procesul în care materialul este comprimat. Deci, de exemplu, procesul poate fi izoterm , dar poate avea loc și cu o schimbare a temperaturii. În consecință, diferiți factori de compresibilitate sunt luați în considerare pentru diferite procese.

Pentru un proces izoterm, se introduce un factor de compresibilitate izotermă, care este determinat de următoarea formulă:

\beta _{T}=-{\frac {1}{V}}\left({\frac {\partial V}{\partial p}}\right)_{T},

unde indicele T înseamnă că derivata parțială este luată la o temperatură constantă.

Pentru un proces adiabatic se introduce un factor de compresibilitate adiabatică, definit după cum urmează:

\beta _{S}=-{\frac {1}{V}}\left({\frac {\partial V}{\partial p}}\right)_{S},

unde S desemnează entropia ( un proces adiabatic are loc la entropie constantă). Pentru solide, diferențele dintre acești doi factori pot fi de obicei neglijate.

Reciprocul coeficientului de compresibilitate se numește modul de elasticitate în vrac , care este notat cu litera K (în literatura engleză - uneori B ).

Uneori, factorul de compresibilitate este denumit pur și simplu compresibilitate.

Ecuația compresibilității leagă compresibilitatea izotermă (și indirect presiunea) cu structura fluidului.

Compresibilitatea adiabatică este întotdeauna mai mică decât izotermă. Raport corect

\beta _{S}={\frac {C_{V}}{C_{P}}}\beta _{T}

unde este capacitatea termică la volum constant și este capacitatea termică la presiune constantă. $CV}$ $C_{P}$

Termodinamica

Termenul „compresibilitate” este folosit și în termodinamică pentru a descrie abaterile proprietăților termodinamice ale gazelor reale față de cele ale gazelor ideale . Factorul de compresibilitate (factorul de compresibilitate [5] ) este definit ca

Z={\frac {p\subline {V}}{RT}},

unde p este presiunea gazului , T este temperatura , este volumul molar . $\subliniază {V}$

Pentru un gaz ideal, factorul de compresibilitate Z este egal cu unu și apoi obținem ecuația obișnuită de stare pentru un gaz ideal :

p={RT \over {\subline {V}}}.

Pentru gazele reale , Z poate fi, în cazul general, fie mai mic decât unitatea, fie mai mare decât aceasta.

Abaterea comportamentului unui gaz de cel al unui gaz ideal este importantă în apropierea punctului critic , sau în cazuri de presiuni foarte mari sau temperaturi suficient de scăzute. În aceste cazuri, graficul compresibilitate versus presiune sau, cu alte cuvinte, ecuația de stare este mai potrivită pentru obținerea unor rezultate precise la rezolvarea problemelor.

Situații înrudite sunt considerate în aerodinamica hipersonică , când disocierea moleculelor duce la o creștere a volumului molar, deoarece un mol de oxigen, cu formula chimică O 2 , se transformă în doi moli de oxigen monoatomic și, în mod similar, N 2 se disociază în 2N. Deoarece acest lucru se întâmplă în mod dinamic pe măsură ce aerul curge în jurul unui obiect aerospațial, este convenabil să se schimbe Z , calculată pentru masa molară inițială a aerului de 29,3 grame/mol, mai degrabă decât să se urmărească schimbarea greutății moleculare a aerului milisecundă cu milisecundă . Această modificare dependentă de presiune are loc cu oxigenul atmosferic, pe măsură ce temperatura se schimbă de la 2500 K la 4000 K, și cu azotul, când temperatura se schimbă de la 5000 K la 10.000 K. [6]

În regiunile în care disocierea dependentă de presiune este incompletă, atât coeficientul beta (raportul dintre diferența de volum la diferența de presiune), cât și capacitatea termică la presiune constantă vor crește puternic.

Note

↑ Livshits L. D. Compresibility // Physical Encyclopedia / Ch. ed. A. M. Prohorov . - M . : Marea Enciclopedie Rusă , 1994. - T. 4. - S. 492-493. - 704 p. - 40.000 de exemplare. - ISBN 5-85270-087-8 .
↑ 1 2 Shchelkachev V.N., Lapuk B.B., Hidraulica subterană. - 1949. S. 44.
↑ 1 2 Pihaciov G. B., Isaev R. G. Hidraulica subterană. - 1973. S. 47.
↑ Landau L. D. , Lifshitz E. M. Fizica teoretică. - M . : Nauka, 1987. - T. VII. Teoria elasticității. - S. 24. - 248 p.
↑ Anisimov, 1990 , p. 25..
^ Regan, Frank J. Dynamics of Atmospheric Re-entry . - P. 313. - ISBN 1563470489 .

Literatură

Anisimov M. A., Rabinovich V. A., Sychev V. V. Termodinamica stării critice a substanțelor individuale. — M .: Energoatomizdat, 1990. — 190 p. — ISBN 5-283-00124-5 .
Pykhachev G. B., Isaev R. G. Hidraulica subterană. — M .: Nedra, 1973. — 360 p.
Shchelkachev V.N., Lapuk B.B. Hidraulica subterană / Ed. ed. acad. L. S. Leibenzon. - M. - L . : Gostoptekhizdat, 1949. - 524 p.

Dicționare și enciclopedii	mare danez Mare catalană Un norvegian grozav Britannica (online) Britannica (online)
În cataloagele bibliografice	GND : 4199865-0