Vad är bulkmodulen?

Material kan i allmänhet komprimeras när de utsätts för yttre tryck som appliceras över deras ytor. Reduktionen i volymen av ett material under ett givet tryck varierar kraftigt från material till material. Gaser komprimeras i allmänhet lättast under tryck medan fasta ämnen kan komprimeras relativt lite och med stor svårighet. Bulkmodulen är en materialegenskap som indikerar graden av motstånd hos ett material mot kompression. Det kan också refereras till med ett antal andra termer såsom bulk-elasticitetsmodulen, kompressionsmodulen och andra.

Ett sätt att tänka på det är som det ömsesidiga av kompressibilitet. Hög bulkmodul för ett material indikerar en relativt hög motståndskraft mot kompression, vilket betyder att det är svårt att komprimera. Ett lågt värde indikerar relativt lite motstånd mot kompression, vilket innebär att materialet är relativt lätt att komprimera. Till exempel är bulkmodulen för stål flera storleksordningar större än den för luft, som kan komprimeras relativt enkelt med en luftkompressor.

Värdena på bulkmodulen för ett material varierar beroende på faktorer som materialets temperatur eller mängden luft som blandas in i det. När ett material värms upp kommer dess volym i allmänhet att expandera, vilket resulterar i en mer öppen fysisk struktur som är lättare att komprimera. Luft som är instängd i ett material påverkar också den fysiska strukturen hos ett material och påverkar därmed dess bulkmodul.

Vissa vätskor, såsom vatten eller hydraulvätska, kallas ibland tillfälligtvis inkompressibla vätskor. Detta är inte strikt exakt, men eftersom deras kompressibilitet är relativt låg kan bulkmodulen ignoreras i vissa tekniska beräkningar. Under vissa omständigheter, såsom i vissa högtryckssituationer, måste det dock beaktas för att säkerställa korrekt systemdesign och funktion.

Till exempel kan prestandan hos hydraulisk utrustning under mycket högt tryck försämras om hydraulvätskans bulkmodul inte beaktas vid systemdesign. Detta beror på att en del energi förbrukas på att komprimera hydraulvätskan snarare än att gå direkt mot det arbete som utrustningen utför. Vätskan i systemet måste komprimeras till den punkt som den motstår ytterligare komprimering innan utrustningen och lasten kommer att påverkas. Avledning av energi från den primära uppgiften kan påverka utrustningens position, den kraft den har tillgänglig för sin avsedda funktion, svarstid och så vidare.

Bulkmodulen är mer sällan en egenskap av intresse med avseende på fasta ämnen, eftersom de vanligtvis är extremt svåra att komprimera, men den är relevant under vissa omständigheter. Den hastighet med vilken ljud färdas genom ett fast ämne beror delvis på materialets bulkmodul. Mängden energi som kan lagras i ett fast ämne är också relaterat till denna egenskap så det är relevant för studiet av jordbävningar och seismiska vågor.
Som en matematisk funktion uttrycks denna materialegenskap som förhållandet mellan det applicerade trycket och volymförändringen av ämnet per volymenhet. Detta ger ett värde uttryckt i samma enheter som används för att uttrycka tryck eftersom volymenheterna tar ut. I grafisk form är det lutningen på kurvan som bildas genom att plotta trycken som appliceras på ett material kontra materialets motsvarande specifika volymer vid dessa tryck.