体积模量定义

体积模量的测量和定义

体积模量衡量物体在外部压力压缩下的稳定性。它利用了物质或材料的柔韧性。

当对一个刚性固体施加外部压力时，物体会保持其原始尺寸。即使将其分解成许多部分，所有物体粒子的总体积也保持不变。然而，当施加此类外部压力时，弹性物体或物质在空间中所占的总体积会减小。体积模量涉及材料的这些弹性特性。另一个模量，如杨氏模量，也提供了材料的弹性特性。本文详细定义了体积模量，并规定了体积模量的国际单位制单位。

弹性材料

当受到外部压力时，一些材料能够抵抗破坏。这些物体或材料被称为弹性材料。当外部压力的施加停止时，弹性材料会恢复其原始形状和尺寸。弹性是这种在未受压时抵抗损伤的能力的科学名称。

有几条定律涉及弹性材料，描述并计算它们的弹性特性。这些定律也决定了它们的柔韧性。体积模量、剪切模量、杨氏模量、胡克定律等都是这类定律或公式。

体积模量

• 材料的弹性特性与体积模量相关。体积模量利用施加在物体上的应力与应变来评估材料的不可压缩性。它指的是物体在恢复其先前形状和尺寸之前所承受的压缩压力的大小。
• 材料的体积模量用符号 K 或 B 表示。
• 它代表了材料压缩抗性的估计值。
• 体积模量是施加在材料上的压力与由于压力导致其尺寸和体积收缩程度的比值。
• 它可以解释为材料的体积应变除以施加在其上的平均拉应力。

K = 应力 / 应变

• 体积模量主要在等温环境下计算。

可压缩性

体积模量的计算提供了关于相关物质或材料不可压缩性的数值度量。因此，材料的可压缩性是通过取体积模量值的倒数来确定的。

体积模量与可压缩性成反比。因此，材料的可压缩性可以表示为 = 1 / K。

体积模量方程

根据体积模量的定义，以下方程显示了体积模量的公式。

K = 施加在材料上的压力 / 其体积变化

K =

其中，

• 体积模量用符号 K 和 B 表示。
• 从弹性材料外部施加的压力用符号 P 表示
• 材料的初始体积 (V0)
• 材料的新体积 (Vn)

由于外部压力导致体积减小，因此该公式可以写成

K =

K = -V ()

考虑密度的体积模量计算公式

K= ⍴ ()

其中，

• 体积模量用符号 K 和 B 表示。
• 符号 ⍴ 表示材料的密度
• 符号 dP 表示压力变化或增加。
• 符号 d⍴ 表示材料密度的变化
• 在这种情况下，体积用公式 V = m/⍴ 表示

体积模量的国际单位制单位

• 帕斯卡是体积模量的国际单位制单位。
• 展开式为 。
• 体积模量的无量纲公式为 [M L-¹ T-²]。

体积模量的应用

以下情况说明了体积模量在日常生活中的应用

• 体积模量与材料的压力和密度有关，有助于确定或识别水体的压力和可压缩性。当已知水体的深度时，计算很简单。
• 首先通过将深度、重力加速度和水体的密度相乘来确定压力。压力值用于计算体积模量，即水体被压缩的程度。当给出体积模量时，可以确定水压。
• 体积模量之所以独特，是因为它也适用于液体。液体只能被压缩一点点。即使是少量的液体也需要在极高的压力下才能被压缩。而固体则不是。弹性固体材料很容易变形和压缩到其全部容量。
• 它提供了材料在不同压力下的刚性信息，并有助于根据材料的弹性来表征材料。它显示了材料在被压缩时缩短的程度。
• 它用于生产商业弹性产品，如汽车轮胎、起重绳索和建筑物。

结论

制造轮胎和举重绳索只是需要测量材料弹性的实际应用中的两个例子。弹性材料即使在受到外部压缩后，也会继续重塑和调整其尺寸。一个人可以通过利用体积模量的概念及其计算来确定材料的弹性。

体积模量衡量弹性材料的不可压缩性。它也用于液体情况。它有助于根据水的可压缩性特征来确定水体的压力值。本文讨论了体积模量及其国际单位制单位。

关于体积模量的常见问题解答

1. 体积模量的值是负的吗？

答案

物质在等温状态下的体积模量值永远不是负的。它总是正的。体积模量公式中的负号仅表示物质或材料的体积减小。

2. 水的体积模量用数字表示是什么意思？

答案

水的体积模量为 2.15×10⁹ Pa。

3. “Bulk modulus”中的“psi”是什么意思？

答案

Psi 代表 pounds per square inch（磅/平方英寸）。根据英制单位，它是体积模量的单位。

4. 液体体积模量值的范围是多少？

答案

大多数情况下，需要很大的压力才能压缩液体。因此，液体也具有很高的体积模量值。通常，它在 2.50.000 到 3.000.000 psi 之间。

5. 当液体的体积模量为无穷大时意味着什么？

答案

这意味着该材料是完美的液体。它表明需要无穷大的压力才能压缩特定液体。