Ketermampatan

Daripada Wikipedia, ensiklopedia bebas.
Lompat ke: pandu arah, cari

Dalam termodinamik dan mekanik bendalir, ketermampatan ialah ukuran perubahan isipadu relatif suatu bendalir atau pepejal sebagai tindak balas kepada perubahan tekanan (atau stres min).

\beta=-\frac{1}{V}\frac{\partial V}{\partial p}

di mana V ialah isipadu dan p ialah tekanan.

Takrifan[sunting | sunting sumber]

Pengkhususan di atas adalah tidak lengkap, kerana bagi sebarang objek atau sistem magnitud ketermampatannya banyak bergantung pada sama ada proses tersebut adalah adiabatik atau isotermik. Ketermampatan isotermik ditakrifkan sebagai:

\beta_T=-\frac{1}{V}\left(\frac{\partial V}{\partial p}\right)_T

di mana T subskrip menunjukkan bahawa pembezaan separa perlu diambil pada suhu yang tetap.

Ketermampatan adiabatik pula ditakrifkan sebagai:

\beta_S=-\frac{1}{V}\left(\frac{\partial V}{\partial p}\right)_S

di mana S ialah entropi. Bagi pepejal, perbezaan antara kedua-duanya biasanya boleh tidak dikira.

Sonsangan bagi ketermampatan ialah modulus pukal, biasanya ditulis sebagai K (kadangkala B). Halaman tersebut juga mempunyai beberapa contoh bagi bahan-bahan berbeza.

Persamaan ketermampatan mengaitkan ketermampatan isotermik (dan secara tidak langsung, tekanan) dengan struktur suatu cecair.

Termodinamik[sunting | sunting sumber]

Rencana utama: Faktor ketermampatan

Istilah "ketermampatan" juga digunakan dalam termodinamik untuk menjelaskan pemesongan dalam ciri-ciri termodinamik gas sebenar daripada apa yang dijangkakan daripada gas ideal. Faktor ketermampatan ditakrifkan sebagai

Z=\frac{p \underline{V}}{R T}

di mana p ialah tekanan gas tersebut, T ialah suhunya, dan \underline{V} pula ialah isipadu molarnya. Dalam keadaan gas ideal, faktor ketermampatan Z adalah sama dengan satu, dan hukum gas ideal berikut boleh diperoleh:

p = {RT\over{\underline{V}}}

Secara umum, Z boleh jadi lebih tinggi atau kurang daripada satu bagi gas sebenar.

Pemesongan daripada perilaku gas ideal ini cenderung menjadi agak penting (dengan kata lain, faktor ketermampatan boleh lari jauh daripada satu) berdekatan takat kritikal, atau dalam keadaan tekanan tinggi atau suhu rendah. Dalam keadaan sebegini, carta ketermampatan umum atau alternatifnya, persamaan keadaan yang lebih sesuai untuk masalah ini, perlu digunakan untuk memperoleh keputusan yang tepat.

Situasi yang berkaitan berlaku dalam aerodinamik hipersonik, di mana penceraian menyebabkan peningkatan dalam isipadu molar "notasi", kerana satu mol oksigen, dalam bentuk O2, menjadi 2 mol oksigen atom tunggal dan N2 bercerai dalam cara yang sama kepada 2N. Oleh sebab perkara ini berlaku secara dinamik ketika udara lalu di atas objek aeroangkasa itu, adalah lebih mudah untuk mengubah Z, ditakrifkan bagi 30 gram mol udara asal, daripada menjejak perubahan berat molekul min, milisaat demi milisaat. Peralihan yang bergantung pada tekanan ini berlaku pada oksigen di atmosfera dalam julat suhu 2500 K hingga 4000 K, dan 5000 K hingga 10,000 K bagi nitrogen.[1]

Dalam kawasan peralihan, di mana penceraian yang bergantung pada tekanan ini tidak lengkap, beta (nisbah pembezaan isipadu/tekanan) dan kapasiti haba tekanan malar pembezaan bertekanan malar akan meningkat dengan banyaknya.

Bagi tekanan sederhana di atas 10,000 K gas akan bercerai lagi kepada ion-ion dan elektron bebas. Z bagi plasma yang terbentuk boleh juga dikira bagi satu mol udara asal, menghasilkan nilai antara 2 dan 4 bagi gas terion separa atau tunggal. Setiap penceraian menyerap banyak tenaga dalam satu proses berbalik dan ini akan banyak mengurangkan suhu termodinamik gas hipersonik yang dinyahpecut berdekatan dengan objek aeroangkasa itu. Ion-ion atau radikal-radikal bebas yang dibawa ke permukaan objek ini melalui pembauran mungkin melepaskan tenaga (bukan haba) lebihan sekiranya permukaan itu memangkin proses pencantuman semula yang lebih perlahan.

Ketermampatan isotermik berkaitan dengan ketermampatan isentropik (atau adiabatik) oleh perkaitan,

\beta_S = \beta_T - \frac{\alpha^2 T}{\rho c_p}

melalui hubungan Maxwell. Lebih ringkas lagi,

\frac{\beta_T}{\beta_S} = \gamma

di mana,

\gamma \! ialah nisbah kapasiti haba. Lihat di sini bagi terbitannya.

Lihat juga[sunting | sunting sumber]

Rujukan[sunting | sunting sumber]

  1. Regan, Frank J. Dynamics of Atmospheric Re-entry. ms. 313. ISBN 1-56347-048-9.