Sıkıştırılabilme - Compressibility

Termodinamik
Klasik Carnot ısı motoru
Şubeler Klasik istatistiksel Kimyasal kuantum termodinamiği Denge  / Dışı Denge
kanunlar sıfır Öncelikle İkinci Üçüncü
Sistemler Kapalı sistem Yalıtılmış sistem Durum Devlet denklemi Ideal gaz gerçek gaz Maddenin durumu Aşama (madde) Denge Sesi kontrol et Enstrümanlar süreçler izobarik izokorik İzotermal adyabatik izotropik isentalpik yarı statik politropik Ücretsiz genişleme tersine çevrilebilirlik tersinmezlik onaylanabilirlik döngüler ısı motorları Isı pompaları Isıl verim
Sistem özellikleri Not: Eşlenik değişkenler de italik Özellik diyagramları Yoğun ve kapsamlı özellikler Proses fonksiyonları Çalışmak Sıcaklık Devletin işlevleri Sıcaklık  / Entropi  ( giriş ) Basınç  / Hacim Kimyasal potansiyel  / Partikül sayısı Buhar kalitesi azaltılmış özellikler
Malzeme özellikleri Mülk veritabanları Özgül ısı kapasitesi  ${\görüntüleme stili c=}$ ${\görüntüleme stili T}$ ${\görüntüleme stili \kısmi S}$ ${\görüntüleme stili N}$ ${\görüntüleme stili \kısmi T}$ Sıkıştırılabilme  ${\görüntüleme stili \beta =-}$ ${\görüntüleme stili 1}$ ${\görüntüleme stili \kısmi V}$ ${\görüntüleme stili V}$ ${\görüntüleme stili \kısmi p}$ Termal Genleşme  ${\görüntüleme stili \alfa =}$ ${\görüntüleme stili 1}$ ${\görüntüleme stili \kısmi V}$ ${\görüntüleme stili V}$ ${\görüntüleme stili \kısmi T}$
denklemler Carnot teoremi Clausius teoremi temel ilişki İdeal gaz yasası Maxwell ilişkileri Onsager karşılıklı ilişkiler Bridgman denklemleri Termodinamik denklemler tablosu
potansiyeller Bedava enerji serbest entropi
Tarih Kültür Tarih Genel Entropi Gaz yasaları "Sürekli hareket" makineleri Felsefe Entropi ve zaman Entropi ve yaşam Brownian cırcır Maxwell'in iblisi Isı ölüm paradoksu Loschmidt'in paradoksu sinerjik teoriler kalori teorisi Vis viva ("canlı güç") ısının mekanik eşdeğeri Motivasyon gücü Önemli yayınlar " ... Isı Konusunda Deneysel Bir Araştırma " " Heterojen Maddelerin Dengesi Üzerine " " Ateşin Güdüleyici Gücü Üzerine Düşünceler " zaman çizelgeleri Termodinamik ısı motorları Sanat Eğitim Maxwell'in termodinamik yüzeyi Enerji dağılımı olarak entropi
Bilim insanları Bernoulli Boltzmann karnot Klapeyron Clausius karateodor Duhem Gibbs von Helmholtz Joule Maxwell von Mayer Onsager Rankine Smeaton Stahl Thompson Thomson van der Waals sutaşı
Başka çekirdeklenme Kendi kendine montaj kendi kendine organizasyon Düzen ve düzensizlik
Kategori
v T e

Olarak termodinamik ve akışkanlar mekaniği , sıkıştırılabilirlik (sıcaklık sabit tutulur ise de, sıkışabilirlik katsayısı olarak bilinen ya da, izotermal sıkıştırılabilirlik) a, ölçü bir nispi hacim değişikliği sıvı ya da katı bir cevap olarak basınç (veya ortalama stres ) değişim. Basit biçiminde, sıkıştırılabilirlik ( bazı alanlarda β ile gösterilir ) şu şekilde ifade edilebilir: ${\görüntüleme stili \kappa }$

${\displaystyle \beta =-{\frac {1}{V}}{\frac {\kısmi V}{\kısmi p}}}$,

burada V bir hacim ve p basıncıdır. Sıkıştırılabilirliği fraksiyonun negatifi olarak tanımlama seçimi , basınçtaki bir artışın hacimde bir azalmaya neden olduğu (olağan) durumda sıkıştırılabilirliği pozitif kılar. Sabit sıcaklıkta sıkıştırılabilirliğin karşılığına izotermal yığın modülü denir .

Tanım

Yukarıdaki spesifikasyon eksiktir, çünkü herhangi bir nesne veya sistem için sıkıştırılabilirliğin büyüklüğü, işlemin izentropik mi yoksa izotermal mi olduğuna büyük ölçüde bağlıdır . Buna göre, izotermal sıkıştırılabilirlik tanımlanır:

${\displaystyle \beta _{T}=-{\frac {1}{V}}\sol({\frac {\partial V}{\partial p}}\sağ)_{T},}$

burada T alt simgesi, kısmi diferansiyelin sabit sıcaklıkta alınacağını gösterir.

İzentropik sıkıştırılabilirlik tanımlanır:

${\displaystyle \beta _{S}=-{\frac {1}{V}}\sol({\frac {\partial V}{\partial p}}\sağ)_{S},}$

burada S entropidir. Bir katı için, ikisi arasındaki fark genellikle ihmal edilebilir.

Bir malzemenin yoğunluğu ρ hacmiyle ters orantılı olduğundan, her iki durumda da gösterilebilir.

${\displaystyle \beta ={\frac {1}{\rho }}\sol({\frac {\partial \rho }{\partial p}}\sağ).}$

Ses hızıyla ilişkisi

Sesin hızı tanımlanan klasik mekanik olarak:

${\displaystyle c^{2}=\sol({\frac {\partial p}{\partial \rho }}\sağ)_{S}}$

Kısmi türevleri değiştirerek izentropik sıkıştırılabilirlik şu şekilde ifade edilebilir:

${\displaystyle \beta _{S}={\frac {1}{\rho c^{2}}}}$

Toplu modül ile ilişkisi

Sıkıştırılabilirliğin tersi toplu modül olarak adlandırılır ve genellikle K (bazen B veya ) olarak gösterilir . Sıkıştırılabilirlik denklemi sıvının yapısına izotermal sıkıştırılabilirlik (ve dolaylı olarak basınç) ile ilgilidir. ${\görüntüleme stili \beta }$

Termodinamik

Dönem "sıkıştırılabilirlik" da kullanılan termodinamik içinde bazı sapmaları açıklamak için termodinamik özelliklerinin a gerçek gazdan bir beklenen olanlardan İdeal gaz . Sıkıştırılabilirlik faktörü olarak tanımlanmaktadır

${\displaystyle Z={\frac {pV_{m}}{RT}}}$

burada p bir basınç gazı, T onun bir sıcaklık ve onun bir mol hacmi . İdeal gaz durumunda, sıkıştırılabilirlik faktörü Z birliğe eşittir ve bilinen ideal gaz yasası geri kazanılır: ${\görüntüleme stili V_{m}}$

${\displaystyle p={\frac {RT}{V_{m}}}}$

Z , genel olarak, gerçek bir gaz için birlikten büyük veya küçük olabilir.

İdeal gaz davranışından sapma, kritik noktanın yakınında veya yüksek basınç veya düşük sıcaklık durumunda özellikle önemli hale gelme (veya eşdeğer olarak sıkıştırılabilirlik faktörü birlikten uzaklaşır) eğilimindedir . Bu durumlarda, doğru sonuçlar elde etmek için genelleştirilmiş bir sıkıştırılabilirlik şeması veya probleme daha uygun alternatif bir durum denklemi kullanılmalıdır.

İzotermal sıkıştırılabilirliği genellikle ilişkilidir izantropik (veya adyabatik birkaç ilişkileri ile) Sıkıştırılabilirliğin:

${\displaystyle {\frac {\kappa _{T}}{\kappa _{S}}}={\frac {c_{p}}{c_{v}}}=\gamma ,}$

${\displaystyle \beta _{S}=\beta _{T}-{\frac {\alpha ^{2}T}{\rho c_{p}}},}$

${\displaystyle {\frac {1}{\beta _{S}}}={\frac {1}{\beta _{T}}}+{\frac {\Lambda ^{2}T}{\rho Özgeçmiş}}},}$

burada γ olan ısı kapasitesi oranı , α hacimsel termal genleşme katsayısı , ρ = N / V parçacık yoğunluğudur ve bir ısıl basınç katsayısı . ${\displaystyle \Lambda =(\kısmi P/\kısmi T)_{V}}$

Kapsamlı bir termodinamik sistemde, izotermal sıkıştırılabilirlik, parçacık yoğunluğundaki dalgalanmaların nispi boyutuyla da ilgilidir:

${\displaystyle \beta _{T}={\frac {(\partial \rho /\partial \mu )_{V,T}}{\rho ^{2}}}={\frac {\langle (\ Delta N)^{2}\rangle /V}{k_{\rm {B}}T\rho ^{2}}},}$

burada μ olan kimyasal potansiyel .

Yer bilimi

Dikey, boşaltılmış sıkıştırılabilirlikler

Malzeme	${\displaystyle \kappa _{T}}$(m 2 /N veya Pa -1 )
Plastik kil	2 × 10 −6 –2,6 × 10 −7
Sert kil	2,6 × 10 −7 –1,3 × 10 −7
Orta sert kil	1,3 × 10 −7 –6.9 × 10 -8
Gevşek kum	1 × 10 −7 –5,2 × 10 -8
yoğun kum	2 × 10 -8 –1,3 × 10 -8
Yoğun, kumlu çakıl	1 × 10 -8 –5,2 × 10 −9
Etil alkol	1,1 × 10 −9
Karbon disülfid	9,3 × 10 −10
Kaya, çatlaklı	6,9 × 10 −10 –3,3 × 10 −10
25 °C'de su (drenajsız)	4,6 × 10 –10
Kaya, ses	< 3,3 × 10 −10
Gliserin	2,1 × 10 −10
Merkür	3,7 × 10 −11

Yer bilimleri kullanımı sıkıştırılabilirlik uygulanan basınç altında hacim olarak azaltmak için bir toprak veya kaya yeteneğini ölçmek için kullanılabilir. Bu kavram, sınırlı akiferlerdeki yeraltı suyu rezervlerini tahmin ederken, belirli depolama için önemlidir . Jeolojik malzemeler iki kısımdan oluşur: katılar ve boşluklar (veya gözeneklilik ile aynı ). Boş alan sıvı veya gazla dolu olabilir. Jeolojik materyaller, yalnızca boşluklardan sıvı veya gazı dışarı atan boşluklar azaltıldığında hacim olarak küçülür. Bu, belirli bir süre içinde gerçekleşebilir ve yerleşimle sonuçlanabilir .

Geoteknik mühendisliğinde belirli yapısal temellerin tasarımında önemli bir kavramdır . Örneğin, yüksek oranda sıkıştırılabilir körfez çamurunun altta yatan katmanları üzerine yüksek yapıların inşası, önemli bir tasarım kısıtlaması teşkil eder ve çoğu zaman çakılmış kazıkların veya diğer yenilikçi tekniklerin kullanılmasına yol açar .

Akışkanlar dinamiği

Bir akışkanın sıkıştırılabilirlik derecesinin dinamikleri üzerinde güçlü etkileri vardır. En önemlisi, sesin yayılması ortamın sıkıştırılabilirliğine bağlıdır.

Aerodinamik

Aerodinamikte sıkıştırılabilirlik önemli bir faktördür . Düşük hızlarda, havanın sıkıştırılabilirliği uçak tasarımı ile ilgili olarak önemli değildir , ancak hava akımı ses hızına yaklaşıp onu aştığından, uçak tasarımında bir dizi yeni aerodinamik etki önemli hale gelir. Bu etkiler, genellikle bir seferde birkaçı, II . Dünya Savaşı dönemi uçaklarının 800 km/sa (500 mph) üzerindeki hızlara ulaşmasını çok zorlaştırdı .

Sıklıkla "sıkıştırılabilirlik" terimi ile bağlantılı olarak birçok etkiden söz edilir, ancak düzenli olarak havanın sıkıştırılabilir doğası ile çok az ilgisi vardır. Kesin olarak aerodinamik bir bakış açısından, terim yalnızca sıkıştırılamaz bir sıvıdan (etkide suya benzer) sıkıştırılabilir bir sıvıya (gaz gibi davranan) hava akışındaki değişikliklerin sonucu olarak ortaya çıkan yan etkilere atıfta bulunmalıdır. ses hızına yaklaşılır. Özellikle dalga sürüklemesi ve kritik makine olmak üzere iki etkisi vardır .

Bir komplikasyon O olarak, ayrışma oksijen molü için “hayali” mol hacminde bir artışa neden olur hipertonik aerodinamik meydana ₂ , tek atomlu oksijen ve N 2 mol olmaktadır ₂ bu havanın dinamik olarak meydana geldiği için benzer şekilde 2 N'ye ayrışmaktadır havacılık nesnesi üzerindeki akışlar , milisaniyeden milisaniyeye değişen ortalama moleküler ağırlığı izlemek yerine, ilk 30 gram hava mol havası için tanımlanan sıkıştırılabilirlik faktörünü Z değiştirmek uygundur . Bu basınca bağlı geçiş, atmosferik oksijen için 2.500–4.000 K sıcaklık aralığında ve nitrojen için 5.000–10.000 K aralığında gerçekleşir.

Bu basınca bağlı ayrışmanın tamamlanmadığı geçiş bölgelerinde, hem beta (hacim/basınç farkı oranı) hem de diferansiyel, sabit basınç ısı kapasitesi büyük ölçüde artar. Orta basınçlar için, 10.000 K'nin üzerinde gaz ayrıca serbest elektronlara ve iyonlara ayrışır. Ortaya çıkan plazma için Z benzer şekilde bir mol başlangıç ​​havası için hesaplanabilir ve kısmen veya tek iyonize gaz için 2 ile 4 arasında değerler üretir. Her ayrışma, tersine çevrilebilir bir süreçte büyük miktarda enerji emer ve bu, havacılık nesnesinin yakınında yavaşlayan hipersonik gazın termodinamik sıcaklığını büyük ölçüde azaltır. Difüzyon yoluyla nesne yüzeyine taşınan iyonlar veya serbest radikaller, yüzey daha yavaş rekombinasyon sürecini katalize ederse bu ekstra (termal olmayan) enerjiyi serbest bırakabilir.

Negatif sıkıştırılabilirlik

Sıradan malzemeler için, toplu sıkıştırılabilirlik (üç eksendeki doğrusal sıkıştırılabilirliklerin toplamı) pozitiftir, yani basınçtaki bir artış malzemeyi daha küçük bir hacme sıkıştırır. Bu koşul mekanik stabilite için gereklidir. Bununla birlikte, çok özel koşullar altında, malzemeler negatif olabilen bir sıkıştırılabilirlik sergileyebilir. Bu tür özelliklere sahip olacak malzeme türü, açık alanla çevrili küçük kaldıraçlar, eklemler ve menteşelerden oluşan mikromekanik birim hücrelerden oluşan ve kaldıraç sisteminin bir yönde bir daralma ile sonuçlandığı insan yapımı malzemelerdir. zıt yön(ler)de basınç kuvveti uygulanır.

Ayrıca bakınız

• mak sayısı
• mak tuck
• Poisson oranı
• Prandtl-Glauert tekilliği , süpersonik uçuşla ilgili
• kesme mukavemeti

Referanslar