संपीड़न: ठोस, तरल पदार्थ, गैस, उदाहरण - शारीरिक - 2025

दबाव एक पदार्थ या सामग्री की मात्रा में परिवर्तन है कि यह अनुभव करता है जब यह दबाव में एक परिवर्तन के अधीन है है। सामान्य तौर पर, किसी सिस्टम या ऑब्जेक्ट पर दबाव डालने पर वॉल्यूम कम हो जाता है। हालांकि, कभी-कभी विपरीत होता है: दबाव में परिवर्तन एक विस्फोट पैदा कर सकता है जिसमें सिस्टम मात्रा में बढ़ जाता है, या जब एक चरण परिवर्तन होता है।

कुछ रासायनिक प्रतिक्रियाओं में यह और गैसों में भी हो सकता है, क्योंकि टकराव की बढ़ती आवृत्ति के साथ, प्रतिकारक बल होते हैं।

एक पनडुब्बी डूबते समय संपीड़न बलों का अनुभव करती है। स्रोत: pixabay.com

यह कल्पना करना कि किसी वस्तु को संकुचित करना कितना आसान या कठिन हो सकता है, उन तीन अवस्थाओं पर विचार करें जो सामान्य रूप से होती हैं: ठोस, तरल और गैस। उनमें से प्रत्येक में अणु एक दूसरे से कुछ दूरी बनाए रखते हैं। पदार्थ के अणुओं को बांधने वाले बंधन मजबूत होते हैं जो वस्तु बनाते हैं और वे जितने करीब होते हैं, उतने ही कठिन होने से विकृति पैदा होगी।

एक ठोस में इसके अणु बहुत करीब होते हैं, और जब उन्हें करीब लाने की कोशिश की जाती है, तो प्रतिकारक शक्तियां दिखाई देती हैं जो कार्य को कठिन बना देती हैं। इसलिए यह कहा जाता है कि ठोस बहुत संकुचित नहीं होते हैं। तरल पदार्थों के अणुओं में अधिक जगह होती है, इसलिए उनकी संपीड़ितता अधिक होती है, लेकिन फिर भी, मात्रा में परिवर्तन के लिए आमतौर पर बड़ी ताकतों की आवश्यकता होती है।

तो ठोस और तरल पदार्थ शायद ही संपीड़ित होते हैं। तथाकथित सामान्य दबाव और तापमान की स्थिति के तहत एक प्रशंसनीय मात्रा परिवर्तन प्राप्त करने के लिए एक बहुत बड़े दबाव भिन्नता की आवश्यकता होगी। दूसरी ओर, गैसें, जैसा कि उनके अणु व्यापक रूप से फैले हुए हैं, आसानी से संकुचित और विघटित होती हैं।

ठोस संकुचितता

जब किसी वस्तु को उदाहरण के लिए तरल पदार्थ में डुबोया जाता है, तो वह सभी दिशाओं में वस्तु पर दबाव डालती है। इस तरह हम सोच सकते हैं कि वस्तु का आयतन घट जाएगा, हालाँकि अधिकांश मामलों में यह सराहनीय नहीं होगा।

स्थिति निम्न आकृति में देखी जा सकती है:

जलमग्न वस्तु पर द्रव द्वारा डाला गया बल सतह पर लंबवत होता है। स्रोत: विकिमीडिया कॉमन्स

दबाव को प्रति इकाई क्षेत्र के रूप में बल के रूप में परिभाषित किया गया है, जो वस्तु V _ओ की प्रारंभिक मात्रा के आनुपातिक रूप से एक मात्रा परिवर्तन का कारण होगा । वॉल्यूम में यह बदलाव इसके गुणों पर निर्भर करेगा।

हुक के नियम में कहा गया है कि किसी वस्तु द्वारा अनुभव किया गया विरूपण उस पर लागू तनाव के समानुपाती होता है:

तनाव ress तनाव

एक शरीर द्वारा अनुभव किए जाने वाले वॉल्यूमेट्रिक विरूपण को बी द्वारा आवश्यक आनुपातिकता स्थिरांक द्वारा निर्धारित किया जाता है, जिसे सामग्री का वॉल्यूमेट्रिक मापांक कहा जाता है:

बी = -स्ट्रेस / स्ट्रेन

B =-BP / (ΔV / V _o)

चूंकि,V / V _o एक आयाम रहित मात्रा है, क्योंकि यह दो खंडों के बीच का भाग है, वॉल्यूमेट्रिक मॉड्यूल में दबाव की समान इकाइयाँ होती हैं, जो अंतर्राष्ट्रीय प्रणाली में पास्कल (पा) हैं।

नकारात्मक संकेत वॉल्यूम में अपेक्षित कमी को इंगित करता है, जब ऑब्जेक्ट पर्याप्त रूप से संकुचित होता है, अर्थात दबाव बढ़ता है।

एक सामग्री की -Compressibility

वॉल्यूमेट्रिक मापांक के व्युत्क्रम या पारस्परिक मूल्य को संपीड़ितता के रूप में जाना जाता है और इसे अक्षर k द्वारा निरूपित किया जाता है। इस प्रकार:

यहाँ k दबाव में प्रति मात्रा में भिन्नात्मक परिवर्तन का नकारात्मक है। इंटरनेशनल सिस्टम में इसकी इकाइयां पा के व्युत्क्रम हैं, अर्थात, एम ² / एन।

बी या कश्मीर के लिए समीकरण यदि आप पसंद करते हैं, तो ठोस और तरल दोनों पर लागू होता है। वॉल्यूमेट्रिक मापांक अवधारणा शायद ही कभी गैसों पर लागू होती है। एक साधारण मॉडल को वॉल्यूम की कमी को निर्धारित करने के लिए नीचे समझाया गया है जो एक वास्तविक गैस अनुभव कर सकती है।

ध्वनि की गति और संपीडन की मापांक

एक दिलचस्प अनुप्रयोग एक माध्यम में ध्वनि की गति है, जो इसकी संपीड़ितता मापांक पर निर्भर करता है:

हल किए गए अभ्यास-उदाहरण

-आधारित व्यायाम 1

एक ठोस पीतल का क्षेत्र जिसका आयतन 0.8 मीटर ³ है उसे समुद्र में गहराई तक गिराया जाता है जहाँ की सतह पर हाइड्रोस्टेटिक दबाव 20 M Pa से अधिक होता है। गोला का आयतन कैसे बदलेगा? यह ज्ञात है कि पीतल की संपीड़ितता का मापांक B = 35,000 MPa है,

उपाय

1 एम पा = 1 मेगा पास्कल = 1. 10 ⁶ पा

सतह के संबंध में दबाव भिन्नता DP = 20 x 10 ⁶ Pa है। B के लिए दिए गए समीकरण को लागू करने के लिए, हमारे पास है:

B =-BP / (ΔV / V _o)

इस प्रकार:

ΔV = -5.71.10 ^-4 x 0.8 m ³ = -4.57 x 10 ^-4 m ³

जब अंतिम मात्रा प्रारंभिक मात्रा से कम होती है, तो वॉल्यूम अंतर का नकारात्मक संकेत हो सकता है, इसलिए यह परिणाम उन सभी मान्यताओं से सहमत है जिन्हें हमने अब तक बनाया है।

संपीड़ितता का बहुत उच्च मापांक इंगित करता है कि वस्तु में एक बड़े बदलाव के लिए दबाव में बड़े बदलाव की आवश्यकता होती है।

-सक्रिय व्यायाम २

रेल की पटरियों के खिलाफ अपना कान लगाकर, आप बता सकते हैं कि इनमें से कोई वाहन कब दूर जा रहा है। यदि ट्रेन 1 किमी दूर है तो स्टील रेल पर यात्रा करने में ध्वनि को कितना समय लगता है?

डेटा

स्टील घनत्व = 7.8 x 10 ³ किग्रा / एम 3

स्टील की संपीडन मापांक = 2.0 x 10 ¹¹ Pa।

उपाय

ऊपर से गणना की गई कम्प्रेसिबिलिटी बी का मापांक तरल पदार्थ पर भी लागू होता है, हालांकि वॉल्यूम में एक प्रशंसनीय कमी उत्पन्न करने के लिए आम तौर पर प्रयास का एक बड़ा सौदा आवश्यक है। लेकिन तरल पदार्थ विस्तारित या अनुबंध कर सकते हैं क्योंकि वे गर्म होते हैं या ठंडा होते हैं, और समान रूप से अगर वे अवसादग्रस्त या दबावयुक्त होते हैं।

दबाव और तापमान (0 ° C और एक वायुमंडल दबाव लगभग या 100 kPa) की मानक परिस्थितियों में पानी के लिए, वॉल्यूमेट्रिक मापांक 2100 MPa है। यानी लगभग 21,000 गुना वायुमंडलीय दबाव।

इस कारण से, अधिकांश अनुप्रयोगों में, तरल पदार्थ को आमतौर पर अयोग्य माना जाता है। यह संख्यात्मक अनुप्रयोग के साथ तुरंत सत्यापित किया जा सकता है।

-सामान्य व्यायाम 3

15 एमपीए के दबाव के अधीन होने पर पानी की मात्रा में आंशिक कमी का पता लगाएं।

उपाय

गैसों में संपीड़न

गैसों, जैसा कि ऊपर बताया गया है, थोड़ा अलग तरीके से काम करती हैं।

यह ज्ञात करने के लिए कि किसी दिए गए गैस के आयतन n मोल्स में दबाव पी और तापमान T तक सीमित रखने पर हम राज्य के समीकरण का उपयोग करते हैं। एक आदर्श गैस के लिए राज्य के समीकरण में, जहां इंटरमॉलिक्युलर बलों पर ध्यान नहीं दिया जाता है, सबसे सरल मॉडल बताता है कि:

_{आदर्श} पीवी = एन। आर। टी

जहां R आदर्श गैस स्थिरांक है।

गैस की मात्रा में परिवर्तन निरंतर दबाव या निरंतर तापमान पर हो सकता है। उदाहरण के लिए, तापमान को स्थिर रखते हुए, इज़ोटेर्मल कम्प्रेसिबिलिटी: _T है:

प्रतीक "डेल्टा" के बजाय जिसका उपयोग पहले ठोस के लिए अवधारणा को परिभाषित करते समय किया गया था, एक गैस के लिए इसे एक व्युत्पन्न के साथ वर्णित किया गया है, इस मामले में टी को स्थिर रखते हुए, पी के संबंध में आंशिक व्युत्पन्न है।

इसलिए बी _टी इज़ोटेर्माल कम्प्रेसिबिलिटी मापांक है:

और साथ ही एडियाबेटिक बी _{एडियाबेटिक कंपैटिबिलिटी मॉडुलस} महत्वपूर्ण है, जिसके लिए कोई इनकमिंग या आउटगोइंग हीट फ्लो नहीं है।

बी _{स्थिरोष्म} = γp

जहां γ एडियाबेटिक गुणांक है। इस गुणांक के साथ आप हवा में ध्वनि की गति की गणना कर सकते हैं:

ऊपर समीकरण को लागू करना, हवा में ध्वनि की गति का पता लगाना।

डेटा

हवा का एडियाबेटिक कंपैटिबिलिटी मापांक 1.42 × 10 ⁵ Pa है

वायु का घनत्व 1,225 किग्रा / मी ³ (वायुमंडलीय दबाव और 15 1,C पर) है

उपाय

कंप्रेसिबिलिटी मापांक के साथ काम करने के बजाय, प्रेशर चेंज के प्रति यूनिट वॉल्यूम में बदलाव के रूप में, वास्तविक गैस की कंप्रेसिबिलिटी फैक्टर दिलचस्प हो सकती है, आदर्श गैस के साथ वास्तविक गैस की तुलना कैसे होती है, इस बारे में एक अलग लेकिन निराशाजनक अवधारणा:

जहाँ Z गैस संपीड़ितता गुणांक है, जो उन स्थितियों पर निर्भर करता है जिनमें यह पाया जाता है, आम तौर पर दबाव P और तापमान T दोनों का कार्य होता है, और इन्हें इस प्रकार व्यक्त किया जा सकता है:

Z = f (P, T)

एक आदर्श गैस Z = 1. के मामले में वास्तविक गैसों के लिए Z मान लगभग हमेशा दबाव के साथ बढ़ता है और तापमान के साथ घटता है।

जैसे-जैसे दबाव बढ़ता है, गैसीय अणु अधिक बार टकराते हैं और उनके बीच प्रतिकर्षण बल बढ़ता है। इससे वास्तविक गैस में मात्रा में वृद्धि हो सकती है, जिससे Z> 1।

इसके विपरीत, कम दबावों पर, अणु स्थानांतरित करने के लिए स्वतंत्र होते हैं और आकर्षक बल प्रबल होते हैं। इस मामले में, Z <१।

गैस के 1 मोल n = 1 के साधारण मामले के लिए, यदि समान दबाव और तापमान की स्थिति को बनाए रखा जाता है, तो पिछले समीकरणों को शब्द द्वारा विभाजित करके, हम प्राप्त करते हैं:

-संपादित करें व्यायाम 5

250 andK और दबाव के 15 एटीएम पर एक वास्तविक गैस होती है, जिसमें एक दाढ़ मात्रा 12% कम होती है जो कि राज्य के आदर्श गैस समीकरण द्वारा गणना की जाती है। यदि दबाव और तापमान स्थिर रहे, तो खोजें:

a) संपीडन कारक।

b) असली गैस का मोलर आयतन।

ग) किस प्रकार की ताकतों की प्रबलता होती है: आकर्षक या प्रतिकारक?

उपाय

a) यदि वास्तविक आयतन आदर्श से 12% कम है, तो इसका मतलब है कि:

V _{वास्तविक} = 0.88 V _{आदर्श}

इसलिए गैस के 1 मोल के लिए, संपीड़ितता कारक है:

जेड = 0.88

बी) आपूर्ति किए गए डेटा के लिए उपयुक्त इकाइयों के साथ आदर्श गैस निरंतर चुनना:

R = 0.082 L.atm / mol.K

मोलर वॉल्यूम को मानों को हल और प्रतिस्थापित करके गणना की जाती है:

c) आकर्षक बल प्रबल होते हैं, क्योंकि Z 1 से कम है।

संदर्भ

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2. जियानकोली, डी। 2006. भौतिकी: आवेदन के साथ सिद्धांत। 6 ^ठ । एड अप्रेंटिस हॉल। 242 - 243 और 314-15
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