главная > справочник > химическая энциклопедия:

Сжимаемость

Notice: Undefined variable: iko in /var/www/chemport.ru/data/www/chemport.ru/chemical_encyclopedia.php on line 95

Notice: Undefined variable: goo in /var/www/chemport.ru/data/www/chemport.ru/chemical_encyclopedia.php on line 109

Notice: Undefined variable: mn in /var/www/chemport.ru/data/www/chemport.ru/chemical_encyclopedia.php on line 109

Сжимаемость (объемная упругость), способность вещества обратимо изменять свой объем под действием равномерного всестороннего давления. Характеризуется коэффициентом сжимаемости b, определяемым как относительное изменение объема V (или плотности р) вещества с изменением давления р:

где DV и Dr-изменения V ир при изменении р на Dp. Величину, обратную b, называют модулем объемной упругости k. Для твердых тел x = EG/3(3G — E), где E-модуль Юнга, G- модуль сдвига. Для идеального газа x = р при любой температуре. В общем случае сжимаемость вещества и, следовательно, значения b и k зависят от температуры Т и давления р, причем, как правило, b уменьшается с ростом р и увеличивается с повышением Т.

На практике для характеристики сжимаемости часто пользуются относительной плотностью d = r/r₀, где r₀-плотность вещества при нормальных условиях (273К, 98 кПа). Величины b, получаемые при изотермическом сжатии, обычно превышают значения, полученные в условиях адиабатического сжатия (для твердых тел при нормальной температуре на несколько %).

Сжимаемость оценивают из уравнений состояния, выражающих взаимосвязь давления p, объема V и температуры Т, и определяют либо непосредственно по изменению V при всестороннем сжатии, либо косвенно - по данным о скорости распространения упругих волн в веществе или из измерений параметра кристаллической решетки под действием всестороннего давления. Сжимаемость однородного и изотропного твердого тела, подвергаемого всестороннему равномерному сжатию, можно определить посредством измерения его линейной деформации. т. е. линейной сжимаемость, связанной с коэффициентом объемной сжимаемости соотношением:

где L-линейный размер тела. Линейная сжимаемость анизотропных веществ различается по направлениям (вплоть до давлений в десятки ГПа), причем сжимаемость по направлениям, характеризуемым слабым межатомным взаимодействий, может значительно превосходить сжимаемость по направлениям, вдоль которых в кристаллической решетке имеет место сильное взаимодействие. В общем случае сжимаемость есть симметричный тензор. При записи уравнений состояния часто используют величину Z = pV/RT, называют фактором сжимаемости; критической сжимаемостью называют величину Z_кr, получаемую при использовании критич. параметров p_кр, V_кр, Т_кр (R-газовая постоянная).

Сжимаемость большинства твердых тел при давлениях порядка 10 ГПа характеризуется значением d = 15-20%, в то время как для щелочных металлов в тех же условиях d = 40%, а для большинства др. металлов d = 6-15%, сжимаемость жидкостей при давлениях до примерно 1 ГПа описывается с удовлетворительной точностью уравнением Тэйта:

где V₀ и V-объемы при давлениях р₀ и р соотв., В и С-эмпирические постоянные, причем В зависит от температуры, а С практически не зависит ни от температуры, ни от давления. С ростом давления сжимаемость жидкостей вначале довольно резко уменьшается, а затем изменяется крайне незначительно. Так, коэффициент b уменьшается в интервалах давлений 0,6-1,2 ГПа и 0,1-100 МПа приблизительно вдвое; при давлении порядка 1,5 ГПа он составляет 5-10% от исходной величины. В области давлений 30-40 ГПа модули сжимаемость жидкостей близки к значениям, типичным для твердых тел.

сжимаемость газов с ростом давления остается весьма значительной вплоть до давления ок. 0,1 ГПа, по мере приближения плотности сжимаемого газа к плотности жидкости коэффициента b приближается к значениям, характерным для сжимаемости жидкости.

Знание сжимаемость вещества позволяет судить о зависимости физических свойств от межатомных (межмолекулярных) расстояний. Данные по сжимаемости используют в расчетах хим. равновесий реакций в смесях газов, системах газ-жидкость и газ-твердое тело. Сжимаемость веществ важна в исследованиях работы тепловых машин, эффектов, наблюдаемых при движении твердых тел с большими скоростями в газах и жидкостях, при взрыве и т.п.

Лит.: Гоникберг М. Г., Химическое равновесие и скорость реакции при высоких давлениях, 3 изд., М., 1969; Попова сжимаемость В., Бенделиани. H. А., Высокие давления, М., 1974; Циклис Д. сжимаемость, Плотные газы, М., 1977.

А. А. Овсянников.