זה ידוע שכל מה שמקיף אדם, כוללואת עצמו, הם גופים המורכבים של חומרים. אלה, בתורם, בנויים מן המולקולות, האחרונים מאטומים, והם ממבנים קטנים עוד יותר. עם זאת, המגוון סביב כל כך גדול, כי קשה לדמיין אפילו איזה סוג של קהילה. אז זה. תרכובות מספר במיליונים, כל אחד מהם ייחודי בתכונותיו, המבנה, ואת התפקיד לשחק. בסך הכל, ישנם מספר מצבי פאזה, לפיה כל החומרים יכולים להיות מתואמים.
מצב מצטבר של החומר
קיימים ארבעה גרסאות של מצב החיבור המצטבר.
- גזים.
- מוצקים
- נוזלים.
- פלזמה - גזים מיוננים מאוד.
במאמר זה נשקול את מאפייני הנוזלים, את תכונותיהם המבניות ואת פרמטרי הביצוע האפשריים.
סיווג גופים נוזליים
חלוקה זו מבוססת על תכונות הנוזלים, המבנה והמבנה הכימי שלהם, כמו גם סוגי האינטראקציות בין החלקיקים המהווים את התרכובת.
- נוזלים כאלה, המורכבים מאטומים המוחזקים בידי כוחות ואן דר וואלס. דוגמאות לכך כוללות גזים נוזליים (ארגון, מתאן ואחרים).
- חומרים כאלה, המורכבים משני אטומים זהים. דוגמאות: גזים בצורה נוזלית - מימן, חנקן, חמצן ואחרים.
- מתכות נוזליות הן כספית.
- חומרים המורכבים מאלמנטים המקושרים בקשרים קוטביים קוולנטיים. דוגמאות: מימן כלורי, מימן יודיד, מימן גופרתי ואחרים.
- תרכובות בהן קיימים קשרי מימן. דוגמאות: מים, אלכוהול, אמוניה בתמיסה.
ישנם גם מבנים מיוחדים - כמו גבישים נוזליים, נוזלים שאינם ניוטוניים, בעלי תכונות מיוחדות.
נשקול את התכונות הבסיסיות של נוזל המבדילות אותו מכל מצבי הצבירה האחרים. ראשית כל, אלה המכונים בדרך כלל פיזיים.
מאפייני נוזלים: צורה ונפח
בסך הכל ניתן להבחין בכ- 15 מאפיינים המאפשרים לתאר מהם החומרים הנדונים ומה ערך התכונות שלהם.
התכונות הפיזיקליות הראשונות של נוזל,שעולים בראש בזכירת מצב צבירה זה היכולת לשנות צורה ולתפוס נפח מסוים. כך, למשל, אם אנו מדברים על צורתם של חומרים נוזליים, מקובל בדרך כלל להחשיב אותה כנעדרת. עם זאת, זה לא.
בהשפעת כוח הכבידה הידוע של הטיפהחומרים עוברים דפורמציה כלשהי, ולכן צורתם מופרעת והופכת ללא הגבלה. עם זאת, אם אתה מציב ירידה בתנאים שבהם כוח המשיכה אינו פועל או מוגבל מאוד, אז הוא יקבל צורה אידיאלית של כדור. לפיכך, לאחר שקיבל את המשימה: "שם תכונות נוזלים", אדם הרואה עצמו בקיא בפיזיקה מספיק צריך להזכיר עובדה זו.
לגבי נפח, יש לציין כאן את המאפיינים הכלליים של גזים ונוזלים. גם אלה וגם אחרים מסוגלים לתפוס את כל נפח החלל בו הם נמצאים, מוגבל רק על ידי קירות הכלי.
צמיגות
התכונות הפיזיקליות של הנוזל מגוונות מאוד.אך ייחודי הוא למשל צמיגות. מה זה ואיך קובעים אותו? הפרמטרים העיקריים שבהם תלוי הערך הנחשב הם:
- מתח גזירה;
- שיפוע מהירות התנועה.
התלות בכמויות אלה היא לינארית.אם נסביר במילים פשוטות יותר, אז צמיגות, כמו נפח, היא תכונות כאלה של נוזלים וגזים המשותפים להם ומרמזים על תנועה בלתי מוגבלת ללא קשר לכוחות ההשפעה החיצוניים. כלומר, אם מים יזרמו מהכלי, הם ימשיכו לעשות זאת בכל השפעה (כוח המשיכה, החיכוך ופרמטרים אחרים).
זאת בניגוד לנוזלים שאינם ניוטוניים, בעלי צמיגות גבוהה יותר ויכולים להשאיר חורים בעקבות התנועה, ומתמלאים בזמן.
במה יהיה תלוי אינדיקטור זה?
- מהטמפרטורה. עם עליית הטמפרטורה, צמיגותם של נוזלים מסוימים עולה, ואילו אחרים, להפך, פוחתת. זה תלוי בתרכובת הספציפית ובמבנה הכימי שלה.
- מהלחץ. עלייה גורמת לעלייה במדד הצמיגות.
- מההרכב הכימי של החומר. הצמיגות משתנה בנוכחות זיהומים ורכיבים זרים בדגימת חומר טהור.
קיבולת חום
מונח זה מגדיר את יכולתו של חומרלספוג כמות מסוימת של חום כדי להגדיל את הטמפרטורה שלו במעלה אחת צלזיוס. ישנם תרכובות שונות עבור אינדיקטור זה. לחלקם יכולת חום גדולה יותר, ואחרים פחות.
כך, למשל, מים הם טובים מאודמצבר חום, המאפשר שימוש נרחב במערכות חימום, בישול וצרכים אחרים. באופן כללי, מחוון קיבולת החום הוא אינדיבידואלי לכל נוזל.
מתח פנים
לעתים קרובות, לאחר שקיבלת משימה:"שם תכונות הנוזלים" מזכיר מיד את מתח הפנים. הרי ילדים מתוודעים אליו בשיעורי פיסיקה, כימיה וביולוגיה. וכל נושא מסביר את הפרמטר החשוב הזה מהצד שלו.
הגדרה קלאסית למתח פניםלהלן: זהו גבול הפאזה. כלומר, בזמן שהנוזל תפס נפח מסוים, הוא גובל מבחוץ במדיום גזי - אוויר, קיטור או חומר אחר. לפיכך, הפרדת פאזה מתרחשת בנקודת המגע.
במקרה זה, המולקולות נוטות להקיף את עצמן כ-אפשרי על ידי מספר רב של חלקיקים וכך, להוביל, כביכול, לדחיסת הנוזל בכללותו. כתוצאה מכך נראה שהמשטח נמתח. מאפיין זה יכול גם להסביר את הצורה הכדורית של טיפות נוזלים בהעדר כוח המשיכה. אחרי הכל, דווקא צורה זו היא אידיאלית מבחינת האנרגיה של המולקולה. דוגמאות:
- בּוּעָה;
- מים רותחים;
- טיפות נוזלים באפס כוח משיכה.
יש חרקים שהסתגלו ל"הליכה "על פני המים דווקא בגלל מתח הפנים. דוגמאות: מחסני מים, חיפושיות עופות מים, כמה זחלים.
נְזִילוּת
ישנם תכונות נפוצות של נוזלים ומוצקים. אחד מהם הוא נזילות. ההבדל היחיד הוא שעבור הראשונים הוא בלתי מוגבל. מה המהות של פרמטר זה?
אם אתה מחיל השפעה חיצונית על נוזלגוף, ואז הוא יתפצל לחלקים ויפריד אותם זה מזה, כלומר, הוא יעלה על גדותיו. במקרה זה, כל חלק ימלא שוב את כל נפח הכלי. למוצקים, מאפיין זה מוגבל ותלוי בתנאים חיצוניים.
תלות המאפיינים בטמפרטורה
אלה כוללים שלושה פרמטרים המאפיינים את החומרים אותם אנו שוקלים:
- לְחַמֵם יוֹתֵר מִדַי;
- קירור;
- רְתִיחָה.
תכונות של נוזלים כגון התחממות יתר והיפותרמיה קשורה ישירות לטמפרטורות (נקודות) הקריטיות של רתיחה וקפיאה, בהתאמה. התחממות יתר נקראת נוזל שהתגבר על סף נקודת החימום הקריטית כאשר הוא נחשף לטמפרטורה, אך לא הראה סימני רתיחה חיצוניים.
Supercooled, בהתאמה, נקרא נוזל שהתגבר על סף נקודת המעבר הקריטית לשלב אחר בהשפעת טמפרטורות נמוכות, אך לא הפך למוצק.
הן במקרה הראשון והן במקרה השני, ישנם תנאים לביטוי של תכונות כאלה.
- חוסר לחץ מכני על המערכת (תנועה, רטט).
- טמפרטורה אחידה, ללא קפיצות וירידות פתאומיות.
עובדה מעניינת היא שאם בנוזל מחומם-על(למשל, מים) זורקים חפץ זר, זה ירתח מיד. ניתן להשיג אותו באמצעות חימום בהשפעת קרינה (בתנור מיקרוגל).
דו קיום עם שלבים אחרים של חומרים
ישנן שתי אפשרויות לפרמטר זה.
- נוזל הוא גז. מערכות כאלה הן הנפוצות ביותרנפוץ, מכיוון שהם קיימים בכל מקום בטבע. אידוי מים הוא חלק מהמעגל הטבעי. במקרה זה, הקיטור שנוצר קיים במקביל למים נוזליים. אם אנחנו מדברים על מערכת סגורה, אז גם אידוי מתרחש שם. רק שהאדים נהיים רוויים מהר מאוד והמערכת כולה מגיעה לשיווי משקל: נוזלים - אדים רוויים.
- נוזל - מוצקים. במיוחד במערכות כאלה מורגש דבר נוסףרכוש - רטיבות. כאשר מים ומוצק מתקשרים זה לזה, ניתן להרטיב מים לחלוטין, חלקית או להדוף מים לחלוטין. ישנם תרכובות המתמוססות במים במהירות וכמעט ללא הגבלת זמן. יש כאלה שבדרך כלל אינם מסוגלים לכך (יש מתכות, יהלומים ואחרים).
באופן כללי, מחקר האינטראקציה של נוזלים עם תרכובות במצבי צבירה אחרים הוא המשמעת של הידרואו-מכניקה.
דחיסות
התכונות הבסיסיות של הנוזל יהיו שלמות,אם לא היינו מזכירים את הדחיסות. כמובן שפרמטר זה אופייני יותר למערכות גז. עם זאת, אלה שאנו שוקלים יכולים להניב גם לדחיסה בתנאים מסוימים.
ההבדל העיקרי הוא מהירות התהליך שלואֲחִידוּת. אם ניתן לדחוס גז במהירות ולחץ נמוך, אז נוזלים דחוסים בצורה לא אחידה, לאורך זמן מספיק ובתנאים שנבחרו במיוחד.
אידוי ועיבוי נוזלים
אלה שני תכונות נוספות של הנוזל. הפיזיקה נותנת להם את ההסברים הבאים:
- אידוי - אההתהליך המאפיין את ההדרגתיותמעבר של חומר ממצב צבירה נוזלי למוצק. זה קורה בהשפעת השפעות תרמיות על המערכת. מולקולות מתחילות לנוע ומשנות את סריג הקריסטל שלהן עוברות למצב גזי. התהליך יכול להימשך עד שכל הנוזל הופך לאדים (למערכות פתוחות). או לפני שקבע שיווי משקל (לכלי סגור).
- הִתְעַבּוּת - תהליך הפוך לזה שצוין לעיל.כאן האדים הופכים למולקולות נוזליות. זה קורה עד לקביעת שיווי משקל או מעבר פאזה שלם. אדים מפזרים יותר חלקיקים לנוזל ממה שהוא עושה לו.
דוגמאות אופייניות לשני התהליכים הללו בטבע הם אידוי המים מעל פני האוקיאנוס העולמי, התעבותם בשכבות העליונות של האטמוספירה, ואז משקעים.
תכונות מכניות של הנוזל
מאפיינים אלה הם נושא המחקר כזהמדע כמו מכניקת נוזלים. באופן ספציפי - החלק שלה, התיאוריה של מכניקת נוזלים וגז. הפרמטרים המכניים העיקריים המאפיינים את מצבם המצטבר של החומרים כוללים:
- צְפִיפוּת;
- כוח משיכה ספציפי;
- צְמִיגוּת.
צפיפותו של גוף נוזלי מובנת כמסתו,הכלול ביחידת נפח אחת. אינדיקטור זה משתנה עבור תרכובות שונות. יש כבר נתונים מחושבים ונמדדים בניסוי על אינדיקטור זה, אשר מוזנים בטבלאות מיוחדות.
כוח המשיכה הספציפי נחשב למשקל של יחידת נפח נוזלית אחת. אינדיקטור זה תלוי מאוד בטמפרטורה (עם עלייה, משקלו יורד).
מדוע ללמוד תכונות מכניותנוזלים? ידע זה חשוב להבנת התהליכים המתרחשים בטבע, בתוך גוף האדם. גם בעת יצירת אמצעים טכניים, מוצרים שונים. אחרי הכל, חומרים נוזליים הם אחת הצורות המצטברות הנפוצות ביותר על פני כדור הארץ שלנו.
נוזלים שאינם ניוטוניים ותכונותיהם
המאפיינים של גזים, נוזלים, מוצקים הםמושא לחקר הפיזיקה, כמו גם כמה תחומים קשורים. עם זאת, בנוסף לחומרים נוזליים מסורתיים, ישנם גם כביכול חומרים שאינם ניוטוניים, אשר נלמדים גם על ידי מדע זה. מה הם ולמה הם קיבלו שם כזה?
כדי להבין מהן תרכובות כאלה, ניתן את הדוגמאות הנפוצות ביותר ליומיום:
- "רפש", אותו הילדים משחקים;
- "מסטיק ידיים", או מסטיק לידיים;
- צבע בניין רגיל;
- תמיסה של עמילן במים וכן הלאה.
כלומר, אלה נוזלים שצמיגותם היאמציית לשיפוע המהירות. ככל שההשפעה מהירה יותר, כך מדד הצמיגות גבוה יותר. לכן, עם פגיעה חדה של מסטיק היד על הרצפה, הוא הופך לחומר מוצק לחלוטין שיכול להתפצל לחתיכות.
אם אתה משאיר אותו לבד, פשוטו כמשמעו דרךבמשך כמה דקות הוא יתפשט לשלולית דביקה. נוזלים שאינם ניוטוניים הם ייחודיים למדי בתכונותיהם, חומרים אשר מצאו שימוש לא רק למטרות טכניות, אלא גם למטרות תרבותיות ומשק ביתיות.
