Kompresibilitas padatan, cairan, gas, contoh

Itu kompresibilitas zat atau materi adalah perubahan volume yang dialami ketika itu mengalami perubahan tekanan. Biasanya volume berkurang saat memberikan tekanan pada sistem atau objek. Namun, kadang -kadang kebalikan terjadi: perubahan tekanan dapat menghasilkan ledakan di mana sistem meningkatkan volume, atau ketika perubahan fase terjadi.

Dalam beberapa reaksi kimia ini dapat terjadi dan dalam gas juga, karena dengan meningkatkan frekuensi tabrakan, kekuatan menjijikkan terjadi.

Kapal selam mengalami kekuatan kompresi saat tenggelam. Sumber: Pixabay.com.

Dengan membayangkan betapa mudah atau sulitnya untuk mengompres objek, Anda harus mempertimbangkan tiga keadaan di mana masalahnya biasanya: padat, cair dan gas. Di masing -masing molekul menjaga jarak tertentu dari satu sama lain. Semakin kuat tautan yang menyatukan molekul zat yang membentuk objek dan lebih dekat, semakin sulit untuk menyebabkan deformasi.

Padatan memiliki molekul yang sangat dekat, dan ketika mencoba lebih banyak, gaya tolakan muncul yang menghambat tugas. Oleh karena itu dikatakan bahwa padatan tidak kompresif. Dalam molekul cair ada lebih banyak ruang, jadi kompresibilitasnya lebih besar, tetapi masih perubahan volume biasanya membutuhkan kekuatan besar.

Jadi padatan dan cairan hampir tidak dapat dikompres. Variasi tekanan yang sangat besar akan diperlukan untuk mencapai perubahan yang cukup besar dalam tekanan normal dan kondisi suhu SO. Di sisi lain, gas, karena mereka memiliki molekul yang sangat spasi, mudah dikompresi dan didekompresi.

[TOC]

Kompresibilitas padat

Ketika suatu objek direndam dalam cairan misalnya, itu memberikan tekanan pada objek di semua arah. Dengan cara ini kita dapat berpikir bahwa volume objek akan berkurang, meskipun dalam kebanyakan kasus ini tidak akan berarti.

Situasi dapat dilihat pada gambar berikut:

Gaya yang diberikan oleh cairan pada objek yang terendam tegak lurus terhadap permukaan. Sumber: Wikimedia Commons.

Tekanan didefinisikan sebagai gaya per satuan luas, yang akan menyebabkan perubahan volume ΔV sebanding dengan volume awal objek V_{salah satu}. Perubahan volume ini akan tergantung pada kualitas yang sama.

Hukum Hooke menyatakan bahwa deformasi yang dialami oleh suatu objek sebanding dengan upaya yang diterapkan untuk itu:

Upaya ∝ deformasi

Deformasi volumetrik yang dialami oleh tubuh dikuantifikasi oleh B konstanta proporsionalitas yang diperlukan, yang disebut sebagai modul volumetrik material:

B = -Seft/deformasi kesatuan

Dapat melayani Anda: radiasi termal: sifat, contoh, aplikasi

B = -Δp/ (ΔV/ v_{salah satu})

Seperti ΔV/v_{salah satu} Ini adalah jumlah tanpa dimensi, karena merupakan hasil bagi antara dua volume, modul volumetrik memiliki unit tekanan yang sama, yang dalam sistem internasional adalah Pascal (PA).

Tanda negatif menunjukkan pengurangan volume yang diharapkan, ketika objek cukup dikompresi, yaitu, tekanan meningkat.

-Kompresibilitas suatu bahan

Nilai terbalik atau timbal balik dari modul volumetrik dikenal sebagai kompresibilitas Dan itu dilambangkan dengan liriknya k. Karena itu:

Di Sini k Ini adalah negatif dari perubahan volume fraksional karena peningkatan tekanan. Unit -unitnya dalam sistem internasional adalah kebalikan dari PA, yaitu m² /N.

Persamaan untuk b atau k jika disukai, berlaku untuk padatan dan cairan. Konsep modul volumetrik jarang diterapkan pada gas. Kemudian model sederhana dijelaskan untuk mengukur penurunan volume yang dapat dialami gas asli.

Kecepatan suara dan modul kompresibilitas

Aplikasi yang menarik adalah kecepatan suara dalam media, yang tergantung pada modul kompresibilitas yang sama:

Di mana C adalah kecepatan suara, B adalah modul volumetrik dan ρ adalah kepadatan medium

Latihan-Latihan-contoh-contoh

-Latihan diselesaikan 1

Bola kuningan padat yang volumenya 0.8 m³ Itu turun ke laut ke kedalaman di mana tekanan hidrostatik lebih besar dari di permukaan. Perubahan apa yang akan mengalami volume bola? Diketahui bahwa modul kompresibilitas kuningan B = 35 000 MPa,

Larutan

1 m pa = 1 mega pascal = 1. 10 ⁶ Pa

Variasi tekanan sehubungan dengan permukaan adalah DP = 20 x 10 ⁶ Pa. Menerapkan persamaan yang diberikan untuk B, Anda memiliki:

B = -Δp/ (ΔV/ v_{salah satu})

Karena itu:

Jadi:

ΔV = -5.71.10 ^-4 x 0.8 m³ = -4.57 x 10^-4 M³

Perbedaan volume dapat memiliki tanda negatif ketika volume akhir kurang dari volume awal, oleh karena itu hasil ini setuju dengan semua asumsi yang telah kami buat sejauh ini.

Modul kompresibilitas sangat tinggi, menunjukkan bahwa perubahan besar dalam tekanan diperlukan sehingga objek mengalami penurunan volume yang cukup besar.

-Latihan diselesaikan 2

Menempatkan telinga di atas rel diketahui ketika salah satu kendaraan ini mendekat di kejauhan. Berapa lama suara yang dibutuhkan saat bepergian melalui rel baja jika kereta berjarak 1 km?

Dapat melayani Anda: konservasi momentum linier: prinsip, contoh, latihan.

Data

Kepadatan baja = 7.8 x 10 ³ kg/m3

Modul kompresibilitas baja = 2.0 x 10 ^sebelas Pa.

Larutan

Kompresibilitas cairan

Modul kompresibilitas B yang dihitung di atas juga diterapkan pada cairan, meskipun upaya besar biasanya diperlukan untuk menghasilkan penurunan volume yang cukup besar. Tetapi cairan dapat mengembang atau berkontraksi saat memanaskan atau dingin, dan juga jika mereka berkecil hati atau bertekanan.

Untuk air dalam kondisi tekanan dan suhu standar (0 ºC dan atmosfer tekanan sekitar atau 100 kPa), modul volumetrik adalah 2100 MPa. Yaitu, sekitar 21.000 kali tekanan atmosfer.

Oleh karena itu, dalam sebagian besar aplikasi, cairan biasanya dianggap tidak dapat dimampatkan. Ini dapat dilihat segera dengan aplikasi numerik.

-Latihan diselesaikan 3

Temukan penurunan volume air fraksional saat mengalami tekanan 15 MPa.

Larutan

Kompresibilitas dalam gas

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

Untuk mengetahui volume apa yang mereka miliki N mol dari gas yang diberikan saat dibatasi pada tekanan P dan pada suhu T, Persamaan negara digunakan. Dalam persamaan keadaan untuk gas ideal, di mana kekuatan antarmolekul tidak diperhitungkan, model paling sederhana menunjukkan bahwa:

P.V_ideal = n. R. T

Di mana r adalah konstanta gas ideal.

Perubahan volume gas dapat dilakukan pada tekanan konstan atau pada suhu konstan. Misalnya, dengan menjaga suhu tetap konstan, kompresibilitas isotermal κ_T adalah:

Alih -alih simbol "delta" yang digunakan sebelum mendefinisikan konsep untuk padatan, untuk gas itu dijelaskan dengan turunan, dalam hal ini sebagian diturunkan sehubungan dengan p, mempertahankan t konstan t konstan.

Karena itu B_T Modul kompresibilitas isotermal adalah:

 B_T = p

Dan modul BU -kompresibilitas adiabatik juga penting_adiabatik, Untuk itu tidak ada aliran panas yang masuk atau keluar.

B_adiabatik = γp

Di mana γ adalah koefisien adiabatik. Dengan koefisien ini Anda dapat menghitung kecepatan suara di udara:

-Latihan diselesaikan 4

Menerapkan persamaan sebelumnya, temukan kecepatan suara di udara.

Data

Modul kompresibilitas udara adiabatik adalah 1,42 × 10⁵ Pa

Kepadatan udara adalah 1.225 kg/m³ (pada tekanan atmosfer dan 15 ºC)

Larutan

Faktor kompresibilitas z

Alih -alih bekerja dengan modul kompresibilitas, sebagai unit perubahan volume karena perubahan tekanan, faktor kompresibilitas gas nyata, Konsep yang berbeda tetapi ilustratif tentang bagaimana gas nyata dibandingkan dengan gas ideal:

Dapat melayani Anda: teori cahaya bergelombang: penjelasan, aplikasi, contoh

P . V_nyata = Z. R. T

Di mana z adalah konsumen dari kompresibilitas gas, yang tergantung pada kondisi di mana itu, biasanya merupakan fungsi dari tekanan P dan s suhu, mampu mengekspresikan dirinya sebagai:

Z = f (p, t)

Dalam kasus gas ideal z = 1. Untuk gas nyata, nilai z hampir selalu meningkat dengan tekanan dan berkurang dengan suhu.

Dengan meningkatkan tekanan, molekul gas lebih sering bertabrakan dan kekuatan menjijikkan di antara mereka meningkat. Ini dapat menyebabkan peningkatan volume dalam gas nyata, jadi z> 1.

Di sisi lain, untuk menurunkan tekanan, molekul bebas untuk bergerak dan kekuatan atraksi mendominasi. Dalam hal ini, z < 1.

Untuk kasus sederhana 1 mol gas n = 1, jika tekanan dan kondisi suhu yang sama dipertahankan, dengan membagi istilah istilah, persamaan sebelumnya diperoleh:

Disimpulkan bahwa:

V_nyata = Z v_ideal

-Latihan diselesaikan 5

Ada gas asli pada 250 ºK dan 15 atm tekanan, yang memiliki volume molar 12 % lebih rendah dari yang dihitung oleh status gas ideal. Jika tekanan dan suhu tetap konstan, temukan:

a) faktor kompresibilitas.

b) Volume molar gas asli.

c) Kekuatan macam apa yang mendominasi: menarik atau menjijikkan?

Larutan

a) Jika volume sebenarnya 12 % lebih rendah dari yang ideal, itu berarti bahwa:

V_nyata = 0.88 v_ideal

Oleh karena itu untuk 1 mol gas, faktor kompresibilitas adalah:

Z = 0.88

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

R = 0,082 l.atm/mol.K

Volume molar dihitung dengan membersihkan dan mengganti nilai:

c) kekuatan menarik mendominasi, karena z kurang dari 1.

Referensi

1. Atkins, hlm. 2008. Kimia Fisik. Editorial medis Pan -American. 10 - 15.
2. Giancoli, d.  2006. Fisika: Prinsip dengan aplikasi. 6^th. Ed Prentice Hall. 242 - 243 dan 314-15
3. Mott, r.  2006. Mekanika Cairan. Pendidikan Pearson.13-14.
4. Rex, a. 2011. Dasar -dasar fisika. Pendidikan Pearson. 242-243.
5. Tipler, hlm. (2006) Fisika untuk Sains dan Teknologi. Edisi ke -5. Volume 1. Editorial dikembalikan. 542.