Stlačitelnost je vlastnost látky měnit svůj objem působením rovnoměrného vnějšího tlaku [1] . Stlačitelnost je charakterizována faktorem stlačitelnosti, který je určen vzorcem
kde V je objem látky, p je tlak ; znaménko mínus značí úbytek objemu s rostoucím tlakem [2] [3] .
Součinitel stlačitelnosti se také nazývá součinitel všestranné komprese nebo jednoduše součinitel stlačení [4] , součinitel objemové elastické roztažnosti [2] , součinitel objemové elasticity' [3] .
Je snadné ukázat, že z výše uvedeného vzorce vyplývá výraz vztahující koeficient stlačitelnosti k hustotě látky :
Hodnota součinitele stlačitelnosti závisí na procesu, při kterém je materiál stlačován. Takže například proces může být izotermický , ale může k němu dojít také se změnou teploty. V souladu s tím se pro různé procesy berou v úvahu různé faktory stlačitelnosti.
Pro izotermický proces se zavádí faktor izotermické stlačitelnosti, který je určen následujícím vzorcem:
kde index T znamená, že parciální derivace je brána při konstantní teplotě.
Pro adiabatický proces se zavádí adiabatický faktor stlačitelnosti, definovaný takto:
kde S označuje entropii ( adiabatický proces probíhá při konstantní entropii). U pevných látek lze rozdíly mezi těmito dvěma faktory obvykle zanedbat.
Převrácená hodnota součinitele stlačitelnosti se nazývá objemový modul pružnosti , který se označuje písmenem K (v anglické literatuře - někdy B ).
Někdy je faktor stlačitelnosti jednoduše označován jako stlačitelnost.
Rovnice stlačitelnosti vztahuje izotermickou stlačitelnost (a nepřímo tlak) ke struktuře tekutiny.
Adiabatická stlačitelnost je vždy menší než izotermická. Spravedlivý poměr
,kde je tepelná kapacita při konstantním objemu a je tepelná kapacita při konstantním tlaku.
Termín "stlačitelnost" se také používá v termodynamice k popisu odchylek termodynamických vlastností skutečných plynů od vlastností ideálních plynů . Součinitel stlačitelnosti (součinitel stlačitelnosti [5] ) je definován jako
kde p je tlak plynu , T je teplota , je molární objem .
Pro ideální plyn je faktor stlačitelnosti Z roven jedné a pak dostaneme obvyklou stavovou rovnici pro ideální plyn :
Pro reálné plyny může být Z v obecném případě buď menší než jedna, nebo větší než je.
Odchylka chování plynu od ideálního plynu je důležitá v blízkosti kritického bodu nebo v případech velmi vysokých tlaků nebo dostatečně nízkých teplot. V těchto případech je pro získání přesných výsledků při řešení úloh vhodnější graf stlačitelnosti versus tlak nebo jinými slovy stavová rovnice .
Související situace jsou uvažovány v hypersonické aerodynamice , kdy disociace molekul vede ke zvětšení molárního objemu, protože jeden mol kyslíku s chemickým vzorcem O 2 se změní na dva moly monatomického kyslíku a podobně N 2 disociuje na 2N. Protože k tomu dochází dynamicky, když vzduch proudí kolem vzdušného objektu, je vhodné změnit Z , vypočítané pro počáteční molární hmotnost vzduchu 29,3 gramů/mol, spíše než sledovat měnící se molekulovou hmotnost vzduchu milisekundu po milisekundě . K této tlakově závislé změně dochází u atmosférického kyslíku při změně teploty z 2500 K na 4000 K a u dusíku při změně teploty z 5000 K na 10 000 K. [6]
V oblastech, kde je disociace závislá na tlaku neúplná, silně poroste jak koeficient beta (poměr objemového rozdílu k tlakovému rozdílu), tak tepelná kapacita při konstantním tlaku.
Slovníky a encyklopedie | |
---|---|
V bibliografických katalozích |