Je známe, že všetko, čo človeka obklopuje, vrátanea on sám sú telá zložené z látok. Tie sú zase postavené z molekúl, posledné z atómov a sú z ešte menších štruktúr. Okolitá rozmanitosť je však taká veľká, že je ťažké si predstaviť čo i len určitú podobnosť. A je. Počet zlúčenín predstavuje milióny, pričom každá z nich je jedinečná svojimi vlastnosťami, štruktúrou a hranou úlohou. Celkovo sa rozlišuje niekoľko fázových stavov, podľa ktorých je možné korelovať všetky látky.
Súhrnné stavy látok
Existujú štyri varianty súhrnného stavu pripojení.
- Plyny.
- Pevné látky.
- Kvapaliny.
- Plazma je vysoko zriedený ionizovaný plyn.
V tomto článku zvážime vlastnosti kvapalín, ich štrukturálne vlastnosti a možné výkonnostné parametre.
Klasifikácia kvapalných telies
Toto rozdelenie je založené na vlastnostiach kvapalín, ich štruktúre a chemickej štruktúre, ako aj na druhoch interakcií medzi časticami, ktoré tvoria zlúčeninu.
- Také kvapaliny, ktoré pozostávajú z atómov držaných pohromade van der Waalsovými silami. Príklady zahŕňajú kvapalné plyny (argón, metán a ďalšie).
- Také látky, ktoré sú zložené z dvoch rovnakých atómov. Príklady: plyny v skvapalnenej forme - vodík, dusík, kyslík a iné.
- Tekutými kovmi sú ortuť.
- Látky pozostávajúce z prvkov spojených kovalentnými polárnymi väzbami. Príklady: chlorovodík, jodovodík, sírovodík a ďalšie.
- Zlúčeniny, v ktorých sú prítomné vodíkové väzby. Príklady: voda, alkoholy, amoniak v roztoku.
Existujú aj špeciálne štruktúry - napríklad tekuté kryštály, nenewtonské kvapaliny, ktoré majú špeciálne vlastnosti.
Zvážime základné vlastnosti kvapaliny, ktoré ju odlišujú od všetkých ostatných stavov agregácie. Najskôr sú to tie, ktoré sa zvyčajne nazývajú fyzické.
Vlastnosti kvapalín: tvar a objem
Celkovo možno rozlíšiť asi 15 charakteristík, ktoré umožňujú opísať, aké sú posudzované látky a aká je ich hodnota, vlastnosti.
Prvé fyzikálne vlastnosti kvapaliny,ktorá mi príde na myseľ pri zmienke o tomto stave agregácie, je schopnosť meniť tvar a zaberať určitý objem. Napríklad, ak hovoríme o forme kvapalných látok, potom sa všeobecne považuje za neprítomnú. Nie je to však tak.
Pod vplyvom dobre známej gravitačnej sily kvapkylátky podstupujú určitý druh deformácie, takže ich tvar je narušený a stáva sa neurčitým. Ak však poklesnete do podmienok, pri ktorých gravitácia nepôsobí alebo je silne obmedzená, získa guľku ideálneho tvaru. Po prijatí úlohy: „Vymenujte vlastnosti kvapalín“ by mal človek, ktorý sa považuje za dostatočne dobre ovládaného vo fyzike, spomenúť túto skutočnosť.
Pokiaľ ide o objem, je potrebné tu poznamenať všeobecné vlastnosti plynov a kvapalín. Tí, aj ostatní, sú schopní zaberať celý priestor, v ktorom sa nachádzajú, obmedzený iba stenami plavidla.
Viskozita
Fyzikálne vlastnosti kvapaliny sú veľmi rozmanité.Jedinečná je však napríklad viskozita. Čo to je a ako sa určuje? Hlavné parametre, od ktorých uvažovaná hodnota závisí, sú:
- šmykové napätie;
- gradient rýchlosti pohybu.
Závislosť týchto veličín je lineárna.Ak to vysvetlíme jednoduchšími slovami, potom viskozita, podobne ako objem, sú také vlastnosti kvapalín a plynov, ktoré sú im spoločné a znamenajú neobmedzený pohyb bez ohľadu na vonkajšie sily pôsobenia. To znamená, že ak voda vyteká z nádoby, bude to robiť aj naďalej za akýchkoľvek vplyvov (gravitácia, trenie a ďalšie parametre).
To je na rozdiel od nenewtonovských kvapalín, ktoré majú vyššiu viskozitu a môžu po pohybe zanechávať otvory, ktoré sa plnia časom.
Od čoho bude tento ukazovateľ závisieť?
- Z teploty. So zvyšujúcou sa teplotou viskozita niektorých kvapalín rastie, zatiaľ čo iné naopak klesajú. Závisí to od konkrétnej zlúčeniny a jej chemickej štruktúry.
- Z tlaku. Zvýšenie spôsobí zvýšenie indexu viskozity.
- Z chemického zloženia látky. Viskozita sa mení za prítomnosti nečistôt a cudzích zložiek vo vzorke čistej látky.
Tepelná kapacita
Tento pojem definuje schopnosť látkyabsorbovať určité množstvo tepla a zvýšiť svoju vlastnú teplotu o jeden stupeň Celzia. Pre tento indikátor existujú rôzne zlúčeniny. Niektoré majú väčšiu tepelnú kapacitu, iné menej.
Takže napríklad voda je veľmi dobrátepelný akumulátor, ktorý umožňuje jeho široké použitie pre vykurovacie systémy, varenie a ďalšie potreby. Indikátor tepelnej kapacity je všeobecne prísne individuálny pre každú jednotlivú kvapalinu.
Povrchové napätie
Po prijatí úlohy často:„Názov vlastností kvapalín“ okamžite pripomína povrchové napätie. Koniec koncov, deti sa s ním zoznamujú na hodinách fyziky, chémie a biológie. A každý subjekt vysvetľuje tento dôležitý parameter zo svojej strany.
Klasická definícia povrchového napätiatoto: toto je fázová hranica. To znamená, že v čase, keď kvapalina zaujala určitý objem, hraničí s vonkajšou stranou s plynným médiom - vzduchom, parou alebo inou látkou. V mieste dotyku teda dochádza k fázovej separácii.
V tomto prípade majú molekuly tendenciu obklopovať sa akomožné pomocou veľkého počtu častíc, a teda viesť akoby k stlačeniu kvapaliny ako celku. V dôsledku toho sa povrch zdá byť natiahnutý. Táto vlastnosť môže tiež vysvetliť sférický tvar kvapôčok kvapaliny pri absencii gravitácie. Koniec koncov, práve táto forma je z hľadiska energie molekuly ideálna. Príklady:
- bublina;
- vriaca voda;
- kvapky kvapaliny pri nulovej gravitácii.
Niektorý hmyz sa prispôsobil „chodeniu“ po hladine vody práve kvôli povrchovému napätiu. Príklady: vodné stridre, chrobáky vodného vtáctva, niektoré larvy.
Tekutosť
Existujú spoločné vlastnosti kvapalín a tuhých látok. Jedným z nich je tekutosť. Rozdiel je iba v tom, že pre prvé je neobmedzený. Čo je podstatou tohto parametra?
Ak na kvapalinu pôsobíte zvonkatelo, potom sa rozdelí na časti a oddelí ich od seba, to znamená, že pretečie. V takom prípade každá časť opäť vyplní celý objem nádoby. Pre tuhé látky je táto vlastnosť obmedzená a závisí od vonkajších podmienok.
Závislosť vlastností od teploty
Patria sem tri parametre, ktoré charakterizujú látky, o ktorých uvažujeme:
- prehriatiu;
- chladenie;
- vriaci.
Vlastnosti kvapalín, ako je prehriatie apodchladenie priamo súvisí s kritickými teplotami (bodmi) varu a zmrazenia. Prehriatie sa nazýva kvapalina, ktorá pri vystavení teplote prekonala prah kritického bodu ohrevu, ale nevykazovala vonkajšie príznaky varu.
Podchladeniu sa hovorí kvapalina, ktorá pod vplyvom nízkych teplôt prekonala prah kritického bodu prechodu do inej fázy, ale nestala tuhým.
V prvom aj v druhom prípade existujú podmienky na prejavenie sa týchto vlastností.
- Nedostatok mechanického namáhania systému (pohyb, vibrácie).
- Rovnomerná teplota, bez náhlych skokov a pádov.
Zaujímavým faktom je, že ak je v prehriatej tekutine(napríklad voda) odhodiť cudzí predmet, okamžite sa uvarí. Možno ho získať zahriatím pod vplyvom žiarenia (v mikrovlnnej rúre).
Koexistencia s inými fázami látok
Pre tento parameter existujú dve možnosti.
- Kvapalina je plyn. Takéto systémy sú najrozšírenejšiebežné, pretože existujú všade v prírode. Odparovanie vody je súčasťou prirodzeného cyklu. V tomto prípade existuje výsledná para súčasne s kvapalnou vodou. Ak hovoríme o uzavretom systéme, potom dochádza aj k odparovaniu. Je to tak, že para sa nasýti veľmi rýchlo a celý systém ako celok sa dostane do rovnováhy: para nasýtená kvapalinou.
- Kvapalina - tuhé látky. Najmä na takýchto systémoch je badateľná ešte jedna vecvlastnosť - zmáčateľnosť. Keď voda a pevná látka interagujú, môžu byť tieto tuhé látky navlhčené úplne, čiastočne alebo úplne odpudzovať vodu. Existujú zlúčeniny, ktoré sa vo vode rozpúšťajú rýchlo a takmer neobmedzene. Sú ľudia, ktorí toho nie sú schopní (niektoré kovy, diamanty a iné).
Všeobecne je štúdium interakcie tekutín so zlúčeninami v iných stavoch agregácie odborom hydroaeromechaniky.
Stlačiteľnosť
Základné vlastnosti kvapaliny by boli neúplné,keby sme nespomenuli stlačiteľnosť. Tento parameter je samozrejme typickejší pre plynové systémy. Avšak tie, ktoré zvažujeme, môžu za určitých podmienok tiež spôsobiť kompresiu.
Hlavným rozdielom je rýchlosť procesu a jeho rýchlosťuniformita. Ak je možné plyn stlačiť rýchlo a pri nízkom tlaku, potom sa kvapaliny stláčajú nerovnomerne, dostatočne dlho a za osobitne zvolených podmienok.
Odparovanie a kondenzácia kvapalín
To sú ďalšie dve vlastnosti kvapaliny. Fyzika im poskytuje nasledujúce vysvetlenia:
- Odparovanie - uhproces, ktorý charakterizuje postupný procesprechod látky z kvapalného skupenstva na pevnú látku. To sa deje pod vplyvom tepelných vplyvov na systém. Molekuly sa začnú pohybovať a menia svoju kryštálovú mriežku a prechádzajú do plynného stavu. Proces môže pokračovať, kým sa všetka kvapalina nezmení na paru (pre otvorené systémy). Alebo pred dosiahnutím rovnováhy (pre uzavreté nádoby).
- Kondenzácia - postup opačný k vyššie uvedenému.Tu sa para transformuje na molekuly kvapaliny. To sa deje, kým sa nedosiahne rovnováha alebo úplný fázový prechod. Para vydáva z kvapaliny viac častíc ako z neho.
Typickými príkladmi týchto dvoch procesov v prírode sú odparovanie vody z povrchu Svetového oceánu, jej kondenzácia v horných vrstvách atmosféry a potom zrážanie.
Mechanické vlastnosti kvapaliny
Tieto vlastnosti sú predmetom štúdia naprveda ako mechanika tekutín. Konkrétne - jej časť, teória mechaniky tekutín a plynov. Medzi hlavné mechanické parametre charakterizujúce uvažovaný agregovaný stav látok patria:
- hustota;
- špecifická hmotnosť;
- viskozita.
Hustota tekutého telesa sa chápe ako jeho hmotnosť,ktorá je obsiahnutá v jednej jednotke objemu. Tento indikátor sa líši pre rôzne zlúčeniny. O tomto ukazovateli sú už vypočítané a experimentálne namerané údaje, ktoré sú uvedené v osobitných tabuľkách.
Merná hmotnosť sa považuje za hmotnosť jednej jednotky objemu kvapaliny. Tento indikátor veľmi závisí od teploty (s nárastom sa jeho hmotnosť znižuje).
Prečo študovať mechanické vlastnostitekutiny? Tieto vedomosti sú dôležité pre pochopenie procesov prebiehajúcich v prírode, v ľudskom tele. Tiež pri vytváraní technických prostriedkov, rôznych výrobkov. Tekuté látky sú koniec koncov jednou z najbežnejších agregovaných foriem na našej planéte.
Nenewtonovské tekutiny a ich vlastnosti
Vlastnosti plynov, kvapalín, tuhých látok súpredmet štúdia fyziky, ako aj niektoré súvisiace odbory. Okrem tradičných tekutých látok však existujú aj takzvané nenewtonské, ktoré skúma aj táto veda. Čo sú zač a prečo dostali také meno?
Aby sme pochopili, čo sú také zlúčeniny, uvedieme najbežnejšie každodenné príklady:
- „sliz“, ktorý hrajú deti;
- „guma na ruky“ alebo žuvačka na ruky;
- bežná stavebná farba;
- roztok škrobu vo vode a tak ďalej.
To znamená, že ide o kvapaliny, ktorých viskozita jepodriaďuje sa rýchlostnému gradientu. Čím rýchlejší je náraz, tým vyšší je index viskozity. Preto sa pri prudkom náraze gumy ruky na podlahu zmení na úplne tuhú látku, ktorá sa môže rozdeliť na kúsky.
Ak ho necháte samého, tak doslova cezna pár minút sa roztiahne do lepkavej kaluže. Nenewtonské kvapaliny sú úplne jedinečné svojimi vlastnosťami, látkami, ktoré našli uplatnenie nielen na technické účely, ale aj na kultúrne účely a na použitie v domácnosti.
