Wiadomo, że wszystko, co otacza człowieka, łącznie z nim samym, to ciała składające się z substancji. Te z kolei zbudowane są z cząsteczek, te ostatnie z atomów, a także z jeszcze mniejszych struktur. Różnorodność otoczenia jest jednak tak duża, że trudno wyobrazić sobie choćby jakąś wspólność. I jest. Związki są liczone w milionach, a każdy z nich ma unikalne właściwości, strukturę i rolę. W sumie rozróżnia się kilka stanów fazowych, według których można skorelować wszystkie substancje.
Stany sprawy
Istnieją cztery opcje zbiorczego stanu związków.
- Gazy.
- Bryły.
- Płyny.
- Plazma to wysoce rozrzedzone zjonizowane gazy.
W tym artykule rozważymy właściwości cieczy, ich cechy strukturalne i możliwe parametry wydajności.
Klasyfikacja ciał płynnych
Podział ten opiera się na właściwościach cieczy, ich budowie i budowie chemicznej, a także rodzajach oddziaływań między cząsteczkami tworzącymi związek.
- Takie ciecze, które składają się z atomów utrzymywanych razem przez siły Van der Waalsa. Przykładami są gazy ciekłe (argon, metan i inne).
- Substancje składające się z dwóch identycznych atomów. Przykłady: gazy skroplone - wodór, azot, tlen i inne.
- Metale ciekłe - rtęć.
- Substancje składające się z elementów połączonych kowalencyjnymi wiązaniami polarnymi. Przykłady: chlorowodór, jodowodór, siarkowodór i inne.
- Związki, w których występują wiązania wodorowe. Przykłady: woda, alkohole, amoniak w roztworze.
Istnieją również specjalne struktury - takie jak ciekłe kryształy, ciecze nienewtonowskie, które mają specjalne właściwości.
Rozważymy podstawowe właściwości cieczy, które odróżniają ją od wszystkich innych stanów skupienia. Przede wszystkim są to te, które potocznie nazywane są fizycznymi.
Właściwości płynów: kształt i objętość
Łącznie można wyróżnić około 15 cech, które pozwalają nam opisać, czym są dane substancje oraz jaka jest ich wartość i cechy.
Pierwsze właściwości fizyczne cieczy, które przychodzą na myśl przy wzmiance o tym stanie skupienia, to zdolność do zmiany kształtu i zajmowania określonej objętości. Na przykład, jeśli mówimy o postaci płynnych substancji, ogólnie przyjmuje się, że jest ona nieobecna. Tak jednak nie jest.
Pod działaniem dobrze znanej siły grawitacji krople materii ulegają pewnej deformacji, przez co ich kształt zostaje załamany i staje się nieokreślony. Jeśli jednak umieścisz kroplę w warunkach, w których grawitacja nie działalub mocno ograniczone, wtedy przyjmie idealny kształt kuli. Tak więc, biorąc pod uwagę zadanie: „Nazwij właściwości płynów”, osoba, która uważa się za dobrze obeznaną z fizyką, powinna wspomnieć o tym fakcie.
Jeśli chodzi o objętość, tutaj powinniśmy zwrócić uwagę na ogólne właściwości gazów i cieczy. Oba są w stanie zająć całą objętość przestrzeni, w której się znajdują, ograniczoną jedynie ścianami naczynia.
Lepkość
Właściwości fizyczne płynów są bardzo zróżnicowane. Ale jeden z nich jest wyjątkowy, taki jak lepkość. Co to jest i jak jest definiowane? Główne parametry, od których zależy rozważana wartość to:
- naprężenie styczne;
- przenoszenie gradientu prędkości.
Zależność wskazanych wartości jest liniowa. Jeśli wyjaśnimy to prostszymi słowami, to lepkość, podobnie jak objętość, to takie właściwości cieczy i gazów, które są dla nich wspólne i implikują nieograniczony ruch, niezależnie od zewnętrznych sił oddziaływania. Oznacza to, że jeśli woda wypłynie z naczynia, będzie to nadal wypływać pod dowolnym wpływem (grawitacja, tarcie i inne parametry).
Różni się to od płynów nienewtonowskich, które są bardziej lepkie i mogą pozostawiać za sobą dziury, które z czasem się wypełniają.
Od czego będzie zależeć ten wskaźnik?
- Od temperatury. Wraz ze wzrostem temperatury lepkość niektórych cieczy wzrasta, a innych wręcz przeciwnie,zmniejsza się. Zależy to od konkretnego związku i jego struktury chemicznej.
- Od ciśnienia. Wzrost powoduje wzrost wskaźnika lepkości.
- Ze składu chemicznego materii. Lepkość zmienia się w obecności zanieczyszczeń i obcych składników w próbce czystej substancji.
Pojemność cieplna
Ten termin odnosi się do zdolności substancji do pochłaniania pewnej ilości ciepła w celu podniesienia własnej temperatury o jeden stopień Celsjusza. Istnieją różne połączenia dla tego wskaźnika. Niektóre mają większą, inne mniejszą pojemność cieplną.
Na przykład woda jest bardzo dobrym akumulatorem ciepła, co pozwala na szerokie zastosowanie w systemach grzewczych, gotowaniu i innych potrzebach. Ogólnie rzecz biorąc, wskaźnik pojemności cieplnej jest ściśle indywidualny dla każdej cieczy.
Napięcie powierzchniowe
Często po otrzymaniu zadania: „Nazwij właściwości płynów”, natychmiast przypominają sobie napięcie powierzchniowe. W końcu dzieci są mu przedstawiane na lekcjach fizyki, chemii i biologii. I każdy element wyjaśnia ten ważny parametr z własnej strony.
Klasyczna definicja napięcia powierzchniowego jest następująca: jest to granica faz. Oznacza to, że w momencie, gdy ciecz zajmuje określoną objętość, graniczy z otoczeniem gazowym - powietrzem, parą lub inną substancją. W ten sposób w punkcie styku następuje separacja faz.
Jednocześnie molekuły mają tendencję do otaczania się jak największą liczbą cząstek, a zatem niejako prowadzą dokompresowanie płynu jako całości. Dlatego powierzchnia wydaje się być rozciągnięta. Ta sama właściwość może również wyjaśnić kulisty kształt kropel cieczy przy braku grawitacji. W końcu to właśnie ta forma jest idealna z punktu widzenia energii cząsteczki. Przykłady:
- bańki mydlane;
- wrząca woda;
- płynne krople w stanie nieważkości.
Niektóre owady przystosowały się do „chodzenia” po powierzchni wody właśnie dzięki napięciu powierzchniowemu. Przykłady: krocze wodne, ptactwo wodne, niektóre pędraki.
Kolor
Istnieją wspólne właściwości cieczy i ciał stałych. Jednym z nich jest płynność. Cała różnica polega na tym, że dla tych pierwszych jest nieograniczona. Jaka jest istota tego parametru?
Jeśli przyłożysz zewnętrzną siłę do płynnego ciała, podzieli się na części i oddzieli je od siebie, to znaczy popłynie. W takim przypadku każda część ponownie wypełni całą objętość naczynia. W przypadku ciał stałych ta właściwość jest ograniczona i zależy od warunków zewnętrznych.
Zależność właściwości od temperatury
Obejmują one trzy parametry, które charakteryzują rozważane przez nas substancje:
- przegrzanie;
- chłodzenie;
- gotowanie.
Takie właściwości cieczy jak przegrzanie i hipotermia są bezpośrednio związane odpowiednio z krytycznymi punktami wrzenia i zamarzania (punktami). Przegrzana ciecz to ciecz, która przekroczyła próg krytycznego punktu ogrzewania pod wpływem temperatury, ale nie wykazuje zewnętrznych oznak wrzenia.
Przechłodzony, odpowiednio, zwanyciecz, która przekroczyła próg krytycznego punktu przejścia do innej fazy pod wpływem niskich temperatur, ale nie stała się ciałem stałym.
W pierwszym i drugim przypadku istnieją warunki do manifestacji takich właściwości.
- Brak mechanicznych efektów w systemie (ruch, wibracje).
- Jednolita temperatura, bez nagłych skoków i spadków.
Ciekawym faktem jest to, że jeśli wrzucisz obcy przedmiot do przegrzanej cieczy (na przykład wody), natychmiast się zagotuje. Można to uzyskać ogrzewając pod wpływem promieniowania (w kuchence mikrofalowej).
Współistnienie z innymi fazami materii
Są dwie opcje dla tego parametru.
- Płyn - gaz. Takie systemy są najbardziej rozpowszechnione, ponieważ występują wszędzie w przyrodzie. W końcu parowanie wody jest częścią naturalnego cyklu. W takim przypadku uzyskana para istnieje jednocześnie z ciekłą wodą. Jeśli mówimy o systemie zamkniętym, to tam też zachodzi parowanie. Tyle, że para bardzo szybko nasyca się i cały system jako całość dochodzi do równowagi: ciecz - para nasycona.
- Płyn - ciała stałe. Szczególnie w takich systemach zauważalna jest jeszcze jedna właściwość - zwilżalność. W interakcji wody i ciała stałego ta ostatnia może być całkowicie zwilżona, częściowo, a nawet odpychać wodę. Istnieją związki, które rozpuszczają się w wodzie szybko i praktycznie w nieskończoność. Są takie, które w ogóle nie są do tego zdolne (niektóre metale, diamenty i inne).
Na ogół dyscyplina hydroaeromechanika zajmuje się badaniem interakcji cieczy ze związkami w innych stanach skupienia.
Kompresowalność
Podstawowe właściwości płynu byłyby niekompletne, gdybyśmy nie wspomnieli o ściśliwości. Oczywiście ten parametr jest bardziej typowy dla systemów gazowych. Jednak te, które rozważamy, mogą być również skompresowane pod pewnymi warunkami.
Główną różnicą jest szybkość procesu i jego jednolitość. Podczas gdy gaz można skompresować szybko i pod niskim ciśnieniem, ciecze są sprężane nierównomiernie, wystarczająco długo i w specjalnie dobranych warunkach.
Odparowanie i kondensacja cieczy
To są jeszcze dwie właściwości cieczy. Fizyka podaje im następujące wyjaśnienia:
- Parowanie to proces charakteryzujący stopniowe przechodzenie substancji ze stanu ciekłego skupienia do stanu stałego. Dzieje się to pod wpływem efektów termicznych na system. Cząsteczki zaczynają się poruszać i zmieniając swoją sieć krystaliczną przechodzą w stan gazowy. Proces może być kontynuowany, aż cała ciecz zostanie przekształcona w parę (w przypadku systemów otwartych). Lub do momentu ustalenia się równowagi (dla naczyń zamkniętych).
- Kondensacja to proces odwrotny do opisanego powyżej. Tutaj para przechodzi w cząsteczki cieczy. Dzieje się tak, dopóki nie zostanie ustalona równowaga lub całkowite przejście fazowe. Para uwalnia więcej cząsteczek do cieczy niż do niej.
Typowymi przykładami tych dwóch procesów w przyrodzie jest parowanie wody z powierzchni Oceanu Światowego, jej kondensacja wgórna atmosfera, a następnie opad.
Właściwości mechaniczne płynu
Własności te są przedmiotem badań takiej nauki jak hydromechanika. W szczególności jego sekcja, teoria mechaniki płynów i gazów. Do głównych parametrów mechanicznych charakteryzujących rozpatrywany stan skupienia substancji należą:
- gęstość;
- share;
- lepkość.
Pod gęstością ciała płynnego zrozum jego masę, która jest zawarta w jednej jednostce objętości. Ten wskaźnik jest różny dla różnych związków. Istnieją już obliczone i zmierzone eksperymentalnie dane dotyczące tego wskaźnika, które są wprowadzane do specjalnych tabel.
Za ciężar właściwy uważa się ciężar jednej jednostki objętości cieczy. Ten wskaźnik jest silnie zależny od temperatury (w miarę wzrostu jego waga spada).
Dlaczego badać właściwości mechaniczne cieczy? Ta wiedza jest ważna dla zrozumienia procesów zachodzących w przyrodzie, wewnątrz ludzkiego ciała. Również przy tworzeniu środków technicznych, różnych produktów. W końcu substancje płynne są jedną z najczęstszych form skupisk na naszej planecie.
Płyny nienewtonowskie i ich właściwości
Własności gazów, cieczy, ciał stałych są przedmiotem badań fizyki, a także niektórych pokrewnych dyscyplin. Jednak oprócz tradycyjnych substancji płynnych istnieją również tzw. nienewtonowskie, które również są badane przez tę naukę. Czym są i dlaczego dostalijaki jest tytuł?
Aby zrozumieć, czym są te związki, oto najczęstsze przykłady w gospodarstwie domowym:
- "Szlam" grany przez dzieci;
- "guma do rąk", czyli guma do żucia do rąk;
- zwykła farba budowlana;
- roztwór skrobi w wodzie itp.
Oznacza to, że są to ciecze, których lepkość jest zgodna z gradientem prędkości. Im szybsze uderzenie, tym wyższy wskaźnik lepkości. Dlatego, gdy ręczna guma uderzy o podłogę ostrym uderzeniem, zamienia się w całkowicie stałą substancję, która może pęknąć na kawałki.
Jeśli zostawisz go w spokoju, w ciągu kilku minut rozprzestrzeni się w lepką kałużę. Płyny nienewtonowskie to dość wyjątkowe pod względem swoich właściwości substancje, które znalazły zastosowanie nie tylko w celach technicznych, ale także kulturalnych i codziennych.
