O módulo em massa é um constante descreve como a substância é resistente à compressão. É definido como o Razão entre pressão aumento e a conseqüente diminuição na quantidade de material volume. Junto com Módulo de Young, a módulo de cisalhamentoe Lei de Hooke, o módulo a granel descreve a resposta de um material ao estresse ou tensão.
Normalmente, o módulo em massa é indicado por K ou B em equações e tabelas. Embora se aplique à compressão uniforme de qualquer substância, é mais frequentemente usada para descrever o comportamento de fluidos. Pode ser usado para prever a compactação, calcular densidadee indicar indiretamente o tipos de ligação química dentro de uma substância. O módulo a granel é considerado um descritor de propriedades elásticas, porque um material comprimido retorna ao seu volume original assim que a pressão é liberada.
As unidades para o módulo a granel são Pascals (Pa) ou Newton por metro quadrado (N / m2) no sistema métrico, ou libras por polegada quadrada (PSI) no sistema inglês.
Tabela de valores do módulo de volume de fluido (K)
Existem valores de módulo a granel para sólidos (por exemplo, 160 GPa para aço; 443 GPa para diamante; 50 MPa para hélio sólido) e gases (por exemplo, 101 kPa para ar a temperatura constante), mas as tabelas mais comuns listam valores para líquidos. Aqui estão os valores representativos, em inglês e em unidades métricas:
| Unidades em inglês (105 PSI) |
Unidades SI (109 Pa) |
|
|---|---|---|
| Acetona | 1.34 | 0.92 |
| Benzeno | 1.5 | 1.05 |
| Tetracloreto de carbono | 1.91 | 1.32 |
| Álcool etílico | 1.54 | 1.06 |
| Gasolina | 1.9 | 1.3 |
| Glicerina | 6.31 | 4.35 |
| Óleo Mineral ISO 32 | 2.6 | 1.8 |
| Querosene | 1.9 | 1.3 |
| Mercúrio | 41.4 | 28.5 |
| Óleo de parafina | 2.41 | 1.66 |
| Gasolina | 1.55 - 2.16 | 1.07 - 1.49 |
| Éster de Fosfato | 4.4 | 3 |
| Óleo SAE 30 | 2.2 | 1.5 |
| Água do mar | 3.39 | 2.34 |
| Ácido sulfúrico | 4.3 | 3.0 |
| Água | 3.12 | 2.15 |
| Água - glicol | 5 | 3.4 |
| Água - Emulsão de Óleo | 3.3 | 2.3 |
o K valor varia, dependendo da Estado da matéria de uma amostra e, em alguns casos, no temperatura. Em líquidos, a quantidade de gás dissolvido afeta muito o valor. Um alto valor de K indica que um material resiste à compressão, enquanto um valor baixo indica que o volume diminui sensivelmente sob pressão uniforme. O recíproco do módulo a granel é a compressibilidade; portanto, uma substância com um módulo a granel baixo tem alta compressibilidade.
Ao revisar a tabela, você pode ver o mercúrio de metal líquido é quase incompressível. Isso reflete o grande raio atômico dos átomos de mercúrio em comparação com os átomos dos compostos orgânicos e também a embalagem dos átomos. Por causa da ligação de hidrogênio, a água também resiste à compressão.
Fórmulas para módulos em massa
O módulo a granel de um material pode ser medido por difração de pó, usando raios-x, nêutrons ou elétrons visando uma amostra em pó ou microcristalina. Pode ser calculado usando a fórmula:
Módulo a granel (K) = Tensão volumétrica / tensão volumétrica
É o mesmo que dizer que é igual à variação da pressão dividida pela variação do volume dividido pelo volume inicial:
Módulo a granel (K) = (p1 - p0) / [(V1 - V0) / V0]
Aqui p0 e V0 são a pressão e o volume inicial, respectivamente, ep1 e V1 são a pressão e o volume medidos na compressão.
A elasticidade do módulo a granel também pode ser expressa em termos de pressão e densidade:
K = (p1 - p0) / [(ρ1 - ρ0) / ρ0]
Aqui, ρ0 e ρ1 são os valores de densidade inicial e final.
Exemplo de cálculo
O módulo a granel pode ser usado para calcular a pressão hidrostática e a densidade de um líquido. Por exemplo, considere a água do mar no ponto mais profundo do oceano, a Fossa das Marianas. A base da vala é 10994 m abaixo do nível do mar.
A pressão hidrostática na Fossa das Marianas pode ser calculada como:
p1 = ρ * g * h
Onde p1 é a pressão, ρ é a densidade da água do mar ao nível do mar, g é a aceleração da gravidade e h é a altura (ou profundidade) da coluna de água.
p1 = (1022 kg / m3) (9,81 m / s2) (10994 m)
p1 = 110 x 106 Pa ou 110 MPa
Conhecer a pressão ao nível do mar é 105 Pa, a densidade da água no fundo da vala pode ser calculada:
ρ1 = [(p1 - p) ρ + K * ρ) / K
ρ1 = [[(110 x 106 Pa) - (1 x 105 Pa)] (1022 kg / m3)] + (2,34 x 109 Pa) (1022 kg / m3) / (2,34 x 109 Pa)
ρ1 = 1070 kg / m3
O que você pode ver disso? Apesar da imensa pressão na água no fundo da Fossa das Marianas, ela não é muito comprimida!
Fontes
- De Jong, Maarten; Chen, Wei (2015). "Traçando as propriedades elásticas completas dos compostos cristalinos inorgânicos". Dados científicos. 2: 150009. doi: 10.1038 / sdata.2015.9
- Gilman, J.J. (1969). Micromecânica do fluxo em sólidos. Nova York: McGraw-Hill.
- Kittel, Charles (2005). Introdução à Física do Estado Sólido (8ª edição). ISBN 0-471-41526-X.
- Thomas, Courtney H. (2013). Comportamento Mecânico de Materiais (2ª edição). Nova Délhi: McGraw Hill Education (Índia). ISBN 1259027511.