Compresibilidad

Archiu:Boyles Law animated.gif

Animació: compresibilidad d'un gas a temperatura constant.

La compresibilidad és una propietat de la matèria a la qual fa que tots els cossos disminuïxquen el volum en sometre'ls a una pressió o compressió determinada, mantenint constants atres paràmetros.

Compresibilidad en sòlits, líquits i gasos

En general per a un sistema estable, la compresibilidad és un número positiu, lo que significa que quan s'aumenta la pressió sobre el sistema, est disminuïx el seu volum. El cas contrari es pot observar en sistemes inestables per eixemple en un sistema químic quan la pressió inicia una explosió. Els sòlits a nivell molecular són molt difícils de comprimir, ya que les molècules que tenen els sòlits es troben més unides, unes a unes atres i existix poc espai lliure entre elles com per a acostar-les sense que apareguen forces de repulsió fortes. Esta situació contrasta en la dels gasés els quals tenen les seues molècules molt separades i que en general són altament compresibles baix condicions de pressió i temperatura normals. Els líquits, baix condicions de temperatura i pressió normals, són també prou difícils de comprimir encara que presenta una chicoteta compresibilidad major que la dels sòlits.

Compresibilidad en termodinàmica

En termodinàmica es definix la compresibilidad d'un sistema termodinàmic com el canvi relatiu de volum front a una variació de la pressió. En principi la magnitut de la compresibilidad depén de les condicions baix les quals es porta a terme la compressió o descompressió del sistema, per lo que a menos que s'especifique el modo en que es porta a terme eixa operació la compresibilidad d'un valor o un atre segons les cantitats de calor intercanviades en l'exterior. Per eixa dependència de la compresibilidad de les condicions es distinguix entre la compresibilidad isoterma i la compresibilidad adiabàtica.

Compresibilidad isoterma

És una mida de la compresibilidad d'un cos o sistema termodinàmic quan se somet a un procés termodinàmic de transformació cuasiestática de pressió mentres la seua temperatura es manté constant i uniforme, ve donada per (en la notació espanyola sol representar-se com $k_T$, pero no confondre en el mòdul de compresibilidad isoterm $\frac{1}{k_T}$) :

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

En un procés de variació de pressió a temperatura constant, el cos haurà intercanviat una certa cantitat de calor en l'exterior per lo que la seua energia total, que pot obtindre's com suma del treball realisat sobre el cos i de la calor intercanviada pel mateix no permaneixerà constant.

Compresibilidad adiabàtica

És una mida de la compresibilidad d'un cos o sistema termodinàmic quan se somet a una transformació cuasiestática de pressió en condicions d'aïllament tèrmic perfecte, ve donada per (en la notació espanyola sol representar-se com $k_S$, pero no confondre en el mòdul de compresibilidad adiabàtic $\frac{1}{k_S}$) :

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

En un procés adiabàtic de variació de pressió, el cos experimentarà algun canvi de temperatura.

Tots els decorreguts són compresibles, incloent els líquits. Quan estos canvis de volum són massa grans s'opta per considerar el fluix com compresible (que mostren una variació significativa de la densitat com a resultat de fluir), açò succeïx quan la velocitat del fluix és propenc a la velocitat del sò. Estos canvis solen succeir principalment en els gasos ya que per a alcançar estes velocitats de fluix en líquits, es precisa de pressions de l'orde de 1000 atmòsfera, en canvi un gas només precisa una relació de pressions de 2:1 per a alcançar velocitats sónicas. La compresibilidad d'un fluix és bàsicament una mida en el canvi de la densitat. Els gasos són en general molt compresibles, en canvi, la majoria dels líquits tenen una compresibilidad molt baixa. Per eixemple, una pressió de 500 kPa provoca un canvi de densitat en l'aigua de solament 0,024% (a temperatura ambiente). En canvi, esta mateixa pressió aplicada a l'aire provoca un canvi de densitat de 250%. Per açò normalment a l'estudi dels fluix compresibles se li coneix com a dinàmica de gasos, sent esta una nova branca de la mecànica de decorreguts, la qual descriu estos fluix.

En un fluix usualment hi ha canvis en la pressió, associats en canvis en la velocitat. En general, estos canvis de pressió induiran a canvis de densitat, els quals influïxen en el fluix, si estos canvis són importants els canvis de temperatura presentats són apreciables. Encara que els canvis de densitat en un fluix poden ser molt importants hi ha una gran cantitat de situacions d'importància pràctica en els que estos canvis són despreciables.

El fluix d'un decorregut compresible es rig per la primera llei de la termodinàmica en els balanços d'energia i en la segona llei de la termodinàmica, que relaciona la transferència de calor i l'irreversibilitat en l'entropía. El fluix és afectat per efectes cinètics i dinàmics, descrits per les lleis de Newton, en un marc de referència inercial –aquell a on les lleis de Newton són aplicables-. Ademés, el fluix complix en els requeriments de conservació de massa. És sabut que moltes propietats, tals com la velocitat del decorregut en un tubo, no són uniformes a lo llarc de la corrent.