부피 탄성 계수(bulk modulus)는 물체가 균일한 압축을 받을 때 부피 변화에 저항하려는 강성(stiffness)을 나타내는 물리량이다. 물질이 모든 방향에서 균일한 압력을 받을 때, 그 물질이 얼마나 압축에 저항하는지를 정량적으로 나타내는 탄성 상수에 해당한다. 일반적으로 기호 K 또는 B로 표기하며, 국제단위계(SI)에서 단위는 파스칼(Pa)이다.
부피 탄성 계수는 다음과 같이 정의된다.
K = −V(dP/dV)
여기서 P는 압력, V는 물질의 초기 부피, dP/dV는 부피에 대한 압력의 변화율을 의미한다. 압력이 증가하면 부피가 감소하므로, 부피 탄성 계수는 항상 양의 값을 가진다. 밀도 ρ를 사용하면 K = ρ(dP/dρ)로도 표현할 수 있다. 부피 탄성 계수의 역수는 압축률(compressibility)로 정의된다.
부피 탄성 계수는 영률(Young's modulus) 및 전단 계수(shear modulus)와 함께 고체의 대표적인 탄성 특성 중 하나로 분류된다. 영률이 길이 방향의 인장·압축 변형에 대한 저항을 나타내고, 전단 계수가 전단 변형에 대한 저항을 나타내는 반면, 부피 탄성 계수는 모든 방향에서 균일하게 가해지는 압력에 의한 부피 변화에 대한 저항을 나타낸다. 유체(액체·기체)의 경우에는 전단 변형을 지탱할 수 없으므로, 부피 탄성 계수만이 유의미한 탄성 상수로 간주된다.
부피 탄성 계수는 열역학적 물리량으로서, 압축 과정에서 온도가 일정한지(등온, isothermal) 또는 엔트로피가 일정한지(등엔트로피, isentropic)에 따라 값이 달라질 수 있다. 등온 부피 탄성 계수(K_T)와 등엔트로피 부피 탄성 계수(K_S)로 구분되며, 이러한 구분은 특히 기체에서 중요하다. 이상 기체의 경우 등온 부피 탄성 계수는 압력 P와 같고, 등엔트로피 부피 탄성 계수는 γP(γ는 비열비)와 같다. 고체의 경우에는 두 값이 매우 유사하다.
부피 탄성 계수는 유체에서 음속을 결정하는 데 중요한 역할을 한다. 뉴턴-라플라스 공식에 따르면, 유체 내 음속 c는 c = √(K_S/ρ)로 주어진다. 또한 등방성(isotropic) 고체의 경우, 부피 탄성 계수는 영률 E와 푸아송 비 ν를 이용하여 K = E/[3(1−2ν)]로 표현할 수 있다.
대표적인 물질의 부피 탄성 계수 값으로는 다이아몬드가 약 443 GPa, 강철이 약 160 GPa, 물이 약 2.2 GPa, 공기(등엔트로피)가 약 142 kPa 정도로 알려져 있다. 부피 탄성 계수가 클수록 물질의 압축성이 낮다는 것을 의미한다.
부피 탄성 계수는 재료과학, 기계공학, 음향학, 지구물리학 등 다양한 분야에서 물질의 압축 특성을 기술하는 데 사용된다.
