Samendrukbaarheid van vloeistoffen.

[bats]

Vloeistoffen zijn per definitie niet samendrukbaar. Dan praat je over normale drukken. Maar bij zeer hoge drukken (van duizenden bars) is een vloeistof wel degelijk samendrukbaar. Okee goed. Nu wil ik weten waar de mate van samendrukbaarheid bij vloeistoffen van afhangt. Hangt dat nou af van de dichtheid, de viscositeit(stroperigheid), of het kookpunt.

Stel ik heb 4 verschillende vloeistoffen: water, (motor)olie, alkohol en kwik. Al de 4 hebben ze verschillende dichtheden, viscositeit en kookpunt.

Welke van de 4 zal het minst samendrukbaar zijn, ik bedoel waar is het meeste druk voor nodig om het een beetje samen te persen en welke vloeistof zal het "makkelijkst" samen te persen zijn? En waarom is dat zo? En hoe komt dat?

[Cycloon]

Vloeistoffen zijn niet samendrukbaar

Maar als het onder heel hoge druk zou kunnen, dan ligt het hoogst waarschijnlijk wel aan de massadichtheid

[Shino]

Kwik zal het langste stand houden, dan olie, water en alcohol gaat offcourse zo snel mogelijk verdampen of "samen persen"

ps: denk ik hoor

[Cycloon]

Owja wat er ook gebeurt is dat bij hoge druk, de smelt en stoltemperatuur veranderen, dus zouden deze stoffen direct verdampen ofwel direct vast worden bij kamertemperatuur

[Dino]

krijg je dan geen vaste stof? aangezien bij druk verhooging je de transitie temp van stoffen verhoogd?

ale bij water is dit anders maar als je echt super hoge drukken kan uitoefenen op een vloeistof dat deze inkrimpt ga je dan geen vaste stof krijgen?

ale een wilde gok

[Cycloon]

Jup, bij water stijgt de smelt en kooktemperatuur bij hoge druk, bij de rest van de stoffen omgekeerd

[Roel80]

Samendrukbaarheid van vloeistoffen is zeker mogelijk en moet in praktische toepassingen ook vaak rekening mee worden gehouden (het smeden van staal mbv olie, dynamisch gedrag van hydraulische systemen, brandstofinjectiesystemen etc…)

Om de samendrukbaarheid wordt de bulk modules gebruikt:

delta_V/V=delta_P/B

delta_V/V=is de relatieve volume verandering

delta_P= is het drukverschil, dus als V bij 1 bar geldt kun je voor delta_P bij hoge druk gewoon P pakken

B=bulk modules

Dus hoe lager de bulk modules, des te makkelijker is de vloeistof samendrukbaar. De B voor:

Alcohol 1,06e9 Pa

Olie (dit is maar een voorbeeld, er zijn zoveel verschillende soorten) 1,5e9 Pa

Water 2,15e9 Pa

Kwik 2,85e9 Pa

Voorbeeldje, een druk van 1000 bar op water ofwel 1e8 Pa: 1e8 / 2,15e9 = 0,0465 = 4,7% gecomprimeerd.

Trouwens, staal is nog samendrukbaar, voor een willekeurig type staal: B=160e9 Pa.

Hangt dat nou af van de dichtheid, de viscositeit(stroperigheid), of het kookpunt.

In eerste instantie lijkt de dichtheid de belangrijkste oorzaak. Ik ben geen scheikundige of kwantummechanica expert, maar ik denk dat het door vanderWaalskrachten komt. Tevens spelen natuurlijk de structuur van de moleculen een rol. Bij staal bijvoorbeeld wordt het bepaald door de structuur van molecuul groepen. Water is trouwens een vreemd stofje waarbij de structuur zeer belangrijk is en hierdoor de bulkmodules nogal varieert bij hogere drukken

Jup, bij water stijgt de smelt en kooktemperatuur bij hoge druk, bij de rest van de stoffen omgekeerd

Het is juist precies andersom. Bij hoge druk daalt het smeltpunt van water. Bij 2100 bar (smeltpunt –22 C) ligt het kritieke punt, bij nog hogere druk wordt het water vast ongeacht temp. Voor andere stoffen wordt het smeltpunt verhoogd bij hogere druk, je zou er een fasediagram op moeten na slaan wanneer dit voor welke stof gebeurd.

[Cycloon]

Jup, bij water stijgt de smelt en kooktemperatuur bij hoge druk, bij de rest van de stoffen omgekeerd

Het is juist precies andersom. Bij hoge druk daalt het smeltpunt van water. Bij 2100 bar (smeltpunt –22 C) ligt het kritieke punt, bij nog hogere druk wordt het water vast ongeacht temp. Voor andere stoffen wordt het smeltpunt verhoogd bij hogere druk, je zou er een fasediagram op moeten na slaan wanneer dit voor welke stof gebeurd.

Ok jah, heb je gelijk in, was het door mekaar aan het gooien, is al tijdje geleden dat ik dat geleerd had

[bats]

krijg je dan geen vaste stof? aangezien bij druk verhooging je de transitie temp van stoffen verhoogd?

ale bij water is dit anders maar als je echt super hoge drukken kan uitoefenen op een vloeistof dat deze inkrimpt ga je dan geen vaste stof krijgen?

ale een wilde gok

Klopt, je krijgt bij vloeistoffen die onder extreme druk staan inderdaad een vaste stof, zonder dat je de temperatuur verlaagt. Trouwens alle vloeistoffen kunnen vast worden onder extreme drukken, en geen gas.

[Ponyhaar]

Als de druk maar hoog genoeg oploopt, zal alles zich uiteindelijk als plasma gaan gedragen, het onderscheid tussen vast, vloeibaar of gas verdwijnt dan.

Zoals in de kern van de aarde of in een ster.

[Bert]

Als de druk maar hoog genoeg oploopt, zal alles zich uiteindelijk als plasma gaan gedragen, het onderscheid tussen vast, vloeibaar of gas verdwijnt dan.

Zoals in de kern van de aarde of in een ster.

Plasma in de kern van de aarde? En heerst er in de kern van een ster niet toevallig ook een hoge temperatuur? Zou dat niet de reden van de plasmavorming zijn?

[bats]

Samendrukbaarheid van vloeistoffen is zeker mogelijk en moet in praktische toepassingen ook vaak rekening mee worden gehouden (het smeden van staal mbv olie, dynamisch gedrag van hydraulische systemen, brandstofinjectiesystemen etc…)

Om de samendrukbaarheid wordt de bulk modules gebruikt:

delta_V/V=delta_P/B

delta_V/V=is de relatieve volume verandering

delta_P= is het drukverschil, dus als V bij 1 bar geldt kun je voor delta_P bij hoge druk gewoon P pakken

B=bulk modules

Dus hoe lager de bulk modules, des te makkelijker is de vloeistof samendrukbaar. De B voor:

Alcohol  1,06e9 Pa

Olie (dit is maar een voorbeeld, er zijn zoveel verschillende soorten)  1,5e9 Pa

Water  2,15e9 Pa

Kwik  2,85e9 Pa

Voorbeeldje, een druk van 1000 bar op water ofwel 1e8 Pa: 1e8 / 2,15e9 = 0,0465 = 4,7% gecomprimeerd.

Trouwens, staal is nog samendrukbaar, voor een willekeurig type staal: B=160e9 Pa.

Hangt dat nou af van de dichtheid, de viscositeit(stroperigheid), of het kookpunt.

In eerste instantie lijkt de dichtheid de belangrijkste oorzaak. Ik ben geen scheikundige of kwantummechanica expert, maar ik denk dat het door vanderWaalskrachten komt. Tevens spelen natuurlijk de structuur van de moleculen een rol. Bij staal bijvoorbeeld wordt het bepaald door de structuur van molecuul groepen. Water is trouwens een vreemd stofje waarbij de structuur zeer belangrijk is en hierdoor de bulkmodules nogal varieert bij hogere drukken

Jup, bij water stijgt de smelt en kooktemperatuur bij hoge druk, bij de rest van de stoffen omgekeerd

Het is juist precies andersom. Bij hoge druk daalt het smeltpunt van water. Bij 2100 bar (smeltpunt –22 C) ligt het kritieke punt, bij nog hogere druk wordt het water vast ongeacht temp. Voor andere stoffen wordt het smeltpunt verhoogd bij hogere druk, je zou er een fasediagram op moeten na slaan wanneer dit voor welke stof gebeurd.

De Bulkmodules van staal is dus 160e9 Pa, goed dat is een vaste stof. Ik weet dat als je de druk maar hoog genoeg maakt dat dan ook vaste stoffen samen te drukken zijn. Nu heb ik een vraagje over de samendrukbaarheid van VASTE stoffen.

Staal heeft een Bulk van 160e9 Pa, staal is een hard metaal.

Ik heb nu ook andere vaste stoffen, verschillend in dichtheid en hardheid en in smeltpunt.

Goed. Dit zijn de andere vaste stoffen, goud, een vrij zacht metaal maar met een hele hoge dichtheid. Wat is hier de Bulkmodules van?

Vaste stof 2, Platina, het metaal met de hoogste dichtheid.

Vaste stof 3, Wolfraam(legering/verbinding) het hardste metaal (snijgereedschap, o.a. in de kop van een steenboor) en tevens het metaal met het hoogste smeltpunt(3400*C, toegepast bij gloeidraad v.e. gloeilamp).

Vaste stof 4, diamant, het hardste materiaal(diverse toepassingen, o.a. slijpschijven voor beton).

Nu vraag ik me af wat de bulkmodules zijn van deze 4 vaste stoffen. En ligt het hier naast een voor een groot deel aan de soortelijkemassa het dan ook aan de hardheid?

[bats]

Jup, bij water stijgt de smelt en kooktemperatuur bij hoge druk, bij de rest van de stoffen omgekeerd

Het is juist precies andersom. Bij hoge druk daalt het smeltpunt van water. Bij 2100 bar (smeltpunt –22 C) ligt het kritieke punt, bij nog hogere druk wordt het water vast ongeacht temp. Voor andere stoffen wordt het smeltpunt verhoogd bij hogere druk, je zou er een fasediagram op moeten na slaan wanneer dit voor welke stof gebeurd.

Dat klopt, bij een hoge druk daalt het stolpunt van water(bevriezen). Dat weet ik uit ervaring. Als je bijv. een (stalen)pijpje neemt en die aan 1 kant verzegeld en aan de andere kant een moer aan last. En die vervolgens vult met water. En daarna er een bout opschroeft en vervolgens op buiten neerlegt als het vriest of in de vriezer.(Je moet wel goed kijken dat je de moer en de stop er goed opgelast zit en kijken dat er in de las geen kleine scheurtjes zitten, anders wordt door de ontstane druk het water naar buiten geperst, bovendien moet de bout met (waterleiding)tape zijn ingetaped, anders wordt er ook water door de schroefnaad geperst). Dan kunnen er 2 dingen gebeuren, als de buis een relatief dunne wand heeft in verhouding met de binnendiameter dan zal de buis eerst in het midden vervormen (waarom in het midden trouwens?), en daarna zal als het ijs nog verder moet uitzetten het pijpje kapot vriezen. Er ontstaat dan een klein scheurtje, (meestal) in het midden. Of het pijpje barst over de gehele lengte, afhankelijk van het soort staal.

Maar als je een pijpje gebruikt met een relatief dikke wand i.v.t. de binnendiameter en je hebt een hoogwaardige staalsoort, bijv. een pijpje met een wand van 7mm en een binnendiameter van 18mm gemaakt van staal52, en je zou hiermee precies hetzelfde meedoen, en de vriezer zou bijv -18*C zijn, dan vriest hij niet kapot, m.a.w. hij kan dan de druk van het bevriezende water bij die temperatuur aan. En als ervanuitgaand dat de lasverbindingen het houd en er geen water door de schroefdraad naar buiten wordt geperst. En je zou het pijpje uit de vriezer halen en vervolgens heel voorzichting de bout losdraaien, dan heb ik wel eens gezien dat het water onder hoge druk eruit spuit en vervolgens ook meteen bevriest. En als het pijpje ook niet kapot vriest bij -22*C en je draait dan de bout eraf, dan komt er inderdaad geen water meer uit, dan zal door de druk het onstane ijs door het gat van het moertje worden geperst.

En leuk experimentje die we trouwens vroeger ook wel op school deden bij natuurkunde, maar dan gebruikten we een kunststof fles die we met water vulden en lieten kapot barsten, om de kracht van bevriezend water te testen.

Overgens over stalen pijpen gesproken, gebruik hiervoor geen buizen met een hele grote diameter (bijv. 80mm en een wand van 7mm), daar de diameter groter is, is ook het oppervlak van zo'n pijp groter, dus de totale kracht op de wand is dan ook veel groter, waardoor het water als de pijp barst in zo'n vriezer er met zo'n kracht eruit spuit, dat de vriezer daardoor total-loss verklaard kan worden, zoniet dan kan wand binnen in de vriezer zo zwaar beschadigd raken, waardoor de vriezer niet meer zo goed zal vriezen.

[bats]

Zoals ik al eerder in dit onderwerp een antwoord kreeg dat water bij een druk van 1000bar voor 4,7% is samengeperst. Vraag ik mij af als ik nog meer druk op het water zal zetten dus 2000bar, 3000bar, enz... dan zal het water steeds verder worden samengedrukt.

Maar mijn vraag is of dat steeds verder samendrukken in % lineair is t.o.v. de druk? Let wel hierbij gebruik ik water met een temperatuur van 25*C.

Bijv. water met een temp. van 25*C is bij een druk van 1000bar 4,7% samengedrukt. En met lineair bedoel ik, dat als ik de druk nou ga opvoeren tot 10.000bar, dat dan het water voor 47% is samengeperst. Maar mijn vraag is, is dat wel zo? En betekent het dan als ik het watervolume nou tot een kwart heb gereduceerd dat de druk dan 20000bar is, of gaan er dan andere dingen een rol spelen, zo ja welke?Gaat dat wel lineair op? Zo nee, hoeveel druk is er dan nodig om water voor 50% samen te persen, en hoe bereken je zoiets, als het niet lineair opgaat? En hoe gaat het als het water door druk vast wordt?

Weet iemand of de bulkmodules van het water onder deze extreme omstandigheden veranderd of blijft dat hetzelfde?