способность вещества изменять свой объём под действием всестороннего давления. С. обладают все вещества. Если вещество в процессе сжатия не испытывает химических, структурных и других изменений, то при возвращении внешнего давления к исходному значению начальный объём восстанавливается. У твёрдых тел, имеющих поры, трещины и другие неоднородности структуры, практически обратимая С. может наблюдаться только при достаточно высоком давлении (например, у горных пород при давлении большем 2-5 кбар; 1 кбар = 108 н/м2).
Обычно С. (объёмной упругостью) называется обратимое изменение занимаемого веществом объёма
V под равномерным гидростатическим давлением
р. Величину С. характеризует коэффициент С. (β, который выражает уменьшение единичного объёма тела при увеличении
р на одну единицу:
, где Δ
V и Δρ - изменения объёма
V и плотности ρ при изменении
р на величину Δ
р.
К = 1/β называют модулем объёмной упругости (модулем объёмного сжатия, объёмным модулем), для твердых тел
, где
Е - модуль нормальной упругости (
Юнга модуль), μ - модуль сдвига. Для идеальных газов
К = р при любой температуре
Т. В общем случае С. вещества, а следовательно
К и β, зависит от
р и
Т. Как правило, β убывает при увеличении
р и растет с
Т. Часто С. характеризуют относит. плотностью δ = ρ/ρ
0, где ρ
0 - плотность при О °С и
р = 1
атм.
Сжатие может происходить как при постоянной температуре (изотермически), так и с одновременным разогревом сжимаемого тела (например, в адиабатном процессе). В последнем случае значения К будут большими, чем при изотермическом сжатии (для большинства твёрдых тел при обычной температуре - на несколько \%).
Для оценки С. веществ в широком диапазоне давлений используют уравнения состояния, выражающие связь между
р,
V и
Т. Определяют С. непосредственно по изменению объёма тел под давлением (см.
Пьезометр), из акустических измерений скорости распространения упругих волн в веществе, из экспериментов по ударному сжатию, дающих зависимость между ρ и
р при максимальных полученных в эксперименте давлениях. С. находят также из измерений параметров кристаллической решётки под давлением, производимых методом рентгеновского структурного анализа (См.
Рентгеновский структурный анализ). С. можно определить с помощью измерения линейной деформации твёрдого тела под гидростатическим давлением (по т. н. линейной С.). Для изотропного тела коэффициент линейной С.
, где
L - линейный размер тела.
С. газов, будучи очень большой при давлениях до 1 кбар, по мере приближения их плотности к плотности жидкостей становится близкой к С. жидкостей. Последняя с ростом р уменьшается сначала резко, а затем меняется весьма мало: в интервале 6-12 кбар β уменьшается примерно так же, как в интервале от 1 атм (10-3 кбар) до 1 кбар (примерно в 2 раза), и при 10-12 кбар составляет 5-10\% от начального значения. При 30-50 кбар модули К жидкостей по порядку величины близки к К твёрдых тел. Для твёрдых тел при 100 кбар Δρ/ρ0 ≈ 15-25\%. Для отдельных веществ, например щелочных металлов, Δρ/ρ Сжимаемость 40\%, для большинства др. металлов Сжимаемость 6-15\%. Линейная С. анизотропных веществ зависит от кристаллографических направлений (во всяком случае, до давлений в десятки кбар), причём вдоль направлений со слабым межатомным взаимодействием она может в 8-10 раз превосходить С. по направлениям, вдоль которых в кристаллической решётке имеет место более сильная связь; изменение параметра решётки в этих направлениях в определённом интервале р может быть даже положительным (теллур, селен). С. - важнейшая характеристика вещества, которая позволяет судить о зависимости физических свойств от межатомных (межмолекулярных) расстояний.
Знание С. газов (паров), жидкостей и твёрдых тел необходимо для расчёта работы тепловых машин, химико-технологических процессов, действия взрыва, аэро- и гидродинамических эффектов, наблюдающихся при движениях с большими скоростями, и т. д. Примеры С. различных веществ приведены в ст.
Давление высокое.
Лит.: Варгафтик Н. Б., Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей, 2 изд., М., 1972; Справочник физических констант горных пород, [пер. с англ.], М., 1969, гл. 7; Физический энциклопедический словарь, т. 4, М., 1963 (ст. Сжим
аемость). См. также лит. при статьях
Давление высокое.
Пьезометр.
Л. Д. Лившиц.