Bulk-Modul-Rechner

Der Volumenmodul ist definiert als K = -ΔP/(ΔV/V), wobei ΔP ein kleiner Anstieg des Drucks ist, der gleichmäßig auf die Oberfläche eines Materials ausgeübt wird, ΔV die resultierende Volumenänderung und V das ursprüngliche Volumen ist. Das negative Vorzeichen hält K positiv, da das Volumen abnimmt (ΔV ist negativ), wenn der Druck steigt. Im Gegensatz zum Elastizitätsmodul, der den Widerstand gegen Dehnung oder Kompression entlang einer Achse beschreibt, beschreibt der Kompressionsmodul den Widerstand gegen Kompression aus allen Richtungen gleichzeitig – die Eigenschaft, die bestimmt, wie ein eingetauchtes Objekt oder eine unter Druck stehende Flüssigkeit auf hydrostatischen Druck reagiert.

Kompressibilität β ist einfach der Kehrwert des Kompressionsmoduls (β = 1/K). In einigen Bereichen ist es die natürlichere Größe, insbesondere in der Fluiddynamik und der Erdöltechnik, wo die Reaktion des Bruchteils des Volumens auf den Druck die direkt interessierende Größe darstellt.

Der Rechner nimmt drei Eingaben auf der Registerkarte „Volumenmodul“ entgegen: Druckänderung (ΔP, in Pascal), Volumenänderung (ΔV, in Kubikmetern, negativ für Kompression) und ursprüngliches Volumen (V, in Kubikmetern). Da es sich beim Kompressionsmodul um ein Verhältnis handelt, spielt die absolute Größe des Volumens keine Rolle – nur die Bruchteiländerung ΔV/V –, sodass jede konsistente Einheit funktioniert, solange ΔV und V dieselbe Einheit haben. Typische Kompressionsmodulwerte umfassen einen enormen Bereich: Gase in der Nähe des atmosphärischen Drucks liegen normalerweise deutlich unter 1 GPa, Flüssigkeiten wie Wasser liegen bei etwa 2,2 GPa und Metalle wie Stahl liegen bei etwa 160 GPa.

Auf der Registerkarte „Kompressibilität“ wird durch Bearbeiten entweder des Kompressionsmoduls oder des Felds „Kompressibilität“ das jeweils andere Feld automatisch aktualisiert. Wenn Sie auf der Registerkarte „Lösen“ eine Zielvariable (Volumenmodul, Druckänderung oder Volumenänderung) auswählen, werden die beiden für die Berechnung erforderlichen Felder angezeigt.

Dieser Rechner geht von einer linearen, isotropen Beziehung zwischen Druck und Bruchteil der Volumenänderung aus, die für kleine Druckänderungen genau ist, bei extremen Drücken jedoch zusammenbricht, bei denen der Kompressionsmodul selbst beginnt, vom Druck abzuhängen (üblich in der Geophysik und Hochdrucktechnik). Es wird außerdem davon ausgegangen, dass isotherme oder adiabatische Bedingungen durch den von Ihnen angegebenen Kompressionsmodulwert konsistent gehandhabt werden – veröffentlichte Werte insbesondere für Gase unterscheiden sich deutlich zwischen isothermen und adiabatischen Kompressionsmodulen. Eine Null- oder unphysikalisch kleine Volumenänderung führt dazu, dass der Rechner eine fehlende/ungültige Eingabe anzeigt, anstatt durch Null zu dividieren. Für anisotrope Materialien (die meisten Kristalle, Verbundwerkstoffe und Holz) ist der Kompressionsmodul nur ein durchschnittlicher Deskriptor und gerichtete Elastizitätskonstanten ergeben ein vollständigeres Bild.