Tiivistymiskyvyn

Tiivistymiskyvyn, engelska compressibility, on materiaalin tai järjestelmän kyky muuttaa tilavuuttaan paineen muuttuessa. Se kuvaa, kuinka paljon tilavuus pienenee paineen noustessa. Isothermal compressibility κ_T määritellään κ_T = - (1/V) (∂V/∂P)_T, eli tilavuuden suhteellinen muutos paineen muuttuessa, kun lämpötila pidetään vakiona.

Tiivistymiskyvyn mittaamista voidaan tarkastella myös adiabattisena. Adiabattinen tiivistymiskyky κ_S kuvaa tilavuuden muutosta paineen muuttuessa, kun lämpöä ei pääse vuorovaikuttamaan paineen kanssa. κ_S on yleensä pienempi kuin κ_T. Aineen vastusta tilavuuden muutoksille kuvaa bulkmodulus B = 1/κ_T, eli suurempi B tarkoittaa pienempää tiivistymiskykyä.

Esimerkkejä arvoista: kaasut ovat yleisesti tiivistymiskykyisiä; ideaalissa kaasussa κ_T ≈ 1/P, jolloin paineen kasvaessa tilavuus pienenee helposti. Esimerkiksi ilman κ_T noin 9,9×10^-6 Pa^-1 at 1 atm. Nesteille ja kiinteille aineille κ_T on paljon pienempi: veden isothermal compressibility noin 4,6×10^-10 Pa^-1 ja teräksen noin 6×10^-12 Pa^-1. Arvot riippuvat lämpötilasta ja faasimuutoksista, ja ne voivat muuttua merkittävästi näiden olosuhteiden muuttuessa.

Sovellukset ja merkitys: Tiivistymiskyvyn tunteminen on keskeistä akustiikassa ja seismologiassa sekä materiaalitieteessä ja teknisessä suunnittelussa, kuten paineastioiden mitoituksessa. Tiivistymiskyky vaikuttaa ääniaaltojen nopeuteen sekä maan sisäisten rakenteiden havainnointiin. Dynamiikassa tilavuuden muutokset voidaan liittää äänennopeuteen c = sqrt(B/ρ), missä ρ on tiheys. Tiivistymiskyvyn arvoja pidetään lämpötilan ja faasimuutosten funktioina.