Základní vlastnosti kapalin

Kapalina je látka, která je v agregátním stavu, což je meziprodukt mezi pevným a plynným. Kromě toho je jeho stav, jako v případě pevných látek, kondenzovatelný, to znamená, že to znamená vazbu mezi částicemi (atomy, molekuly, ionty). Tekutina má vlastnosti, které ji zásadně odlišují od látek, které jsou v jiných agregačních stavech. Hlavním je schopnost opakovaně měnit tvar pod vlivem mechanické namáhání bez ztráty hlasitosti. Dnes zjistíme, jaké vlastnosti mají tekutiny a o čem jsou.

Obecné charakteristiky

Plyn nezachovává objem a tvar, pevné tělo si uchovává obě, a druhé - kapalinu - pouze objem. To je důvod, proč je agregace v tekutém stavu považována za přechodný. Povrch kapaliny je podoba elastické membrány a určuje její tvar. Molekuly těchto orgánů na jedné straně nemají určitou pozici a na druhé straně nemohou získat úplnou svobodu pohybu. Mohou se sbírat do kapek a proudit pod vlastním povrchem. Existuje přitažlivost mezi molekulami tekutiny, která je dostatečná k tomu, aby se udržely v blízkém dosahu.

Látka je v kapalném stavu v určitém teplotním rozmezí. Pokud teplota klesne pod ní, dojde k přechodu na pevnou formu (krystalizace), a pokud se zvedne vyšší, do plynné formy (odpařování). Hranice tohoto intervalu pro stejnou kapalinu se mohou lišit v závislosti na tlaku. Například v horách, kde je tlak podstatně nižší než na pláních, voda se varí při nižší teplotě.

Obvykle má kapalina pouze jednu modifikaci, proto je to jak agregativní stav, tak termodynamická fáze. Všechny kapaliny jsou rozděleny na čisté látky a směsi. Některé z těchto směsí jsou v lidském životě klíčové: krev, mořská voda a další.

Zvažte základní vlastnosti kapalin.

Fluidita

Kapalina se liší od ostatních látek, především ve fluiditě. Pokud se na ni aplikuje vnější síla, objeví se proud částic ve směru její aplikace. Při vystavení vnějším nevyváženým silám tedy tekutina nemůže zachovat tvar a relativní polohu částic. Ze stejného důvodu má podobu plavidla, do něhož spadá. Na rozdíl od pevných plastových těles, kapaliny nemají mez kluzu, to znamená, že proudí při nejmenším výstupu z rovnovážného stavu.

Zachování objemu

Jednou z charakteristických fyzikálních vlastností kapalin je schopnost zachovat objem při mechanickém působení. Jsou extrémně obtížně komprimovatelné kvůli vysoké hustotě molekul. Podle Pascalova zákona se tlak, který je produkován na kapalině uzavřené v nádobě, bez změny, přenáší na každý bod svého objemu. Spolu s minimální stlačitelností je tato vlastnost široce používána v hydraulice. Většina tekutin vzrůstá při zahřátí a při ochlazení klesá.

Viskozita

Mezi hlavní vlastnosti kapalin, jako v případě plynů, stojí za zmínku viskozita. Viskozita se týká schopnosti částic odolat vzájemnému pohybu, tzn. Vnitřnímu tření. Při pohybu sousedních tekutinových vrstev vůči sobě navzájem dochází k nevyhnutelné kolizi molekul a vzniká síla, která brání řádnému pohybu. Kinetická energie řádný pohyb je přeměněn na tepelnou energii chaotického pohybu. Pokud se tekutina umístěná v nádobě pohybuje a pak zůstane osamocená, postupně se zastaví, ale její teplota se zvýší.

Volné povrchové a povrchové napětí

Pokud se podíváte na kapku vody ležící na rovném povrchu, uvidíte, že je zaoblená. Díky tomu takové vlastnosti kapalin, jako je tvorba volného povrchu a povrchového napětí. Schopnost kapalin udržovat objem způsobuje vytvoření volného povrchu, který není nic jiného než rozhraní: tekuté a plynné. Při kontaktu těchto fází stejné látky vzniknou síly ke snížení plochy roviny rozhraní. Jsou nazývány povrchové napětí. Fázová hranice je pružná membrána, která má tendenci utáhnout.

Povrchové napětí je také vysvětlováno tím, že navzájem přitahují kapalné molekuly. Každá molekula se snaží "obklopit" se s jinými molekulami a odklonit se od rozhraní. Z tohoto důvodu se povrch rychle snižuje. To vysvětluje skutečnost, že bubliny mýdla a bubliny vytvořené během varu mají tendenci mít sférický tvar. Pokud na tekutině působí pouze síla povrchového napětí, jistě bude mít tuto podobu.

Malé předměty, jejichž hustota převyšuje hustotu kapaliny, jsou schopny zůstat na svém povrchu vzhledem k tomu, že síla, která brání nárůstu povrchové plochy, je větší než síla agrese.

Odpařování a kondenzace

Odpaření se týká postupného přechodu látky z kapaliny do plynného stavu. V procesu tepelného pohybu, některé molekuly opouštějí kapalinu, procházejí přes její povrch a jsou přeměněny na páru. Souběžně s tím přichází další část molekul naopak z páry do kapaliny. Když počet sloučenin, které opouštějí kapalinu, přesáhne počet sloučenin, které do ní vstoupily, probíhá proces odpařování.

Kondenzace je obrácením odpařování. Během kondenzace tekutina přijímá více par z páry, než se vydává.

Oba popsané procesy jsou nerovnovážné a mohou pokračovat až do stanovení místní rovnováhy. V tomto případě se kapalina může úplně odpařit nebo se vyrovnat s jejími parami.

Vařte

Varování je proces vnitřní transformace kapaliny. Když teplota stoupne na určitý bod, tlak par přesáhne tlak uvnitř látky a v ní se začnou vytvářet bubliny. V podmínkách gravitace plavou nahoru.

Navlhčení

Zvlhčení je fenomén, který nastává, když kapalina přichází do styku s pevnou látkou za přítomnosti páry. Objevuje se tedy na rozhraní tří fází. Tento jev charakterizuje "přilepení" kapalné látky na pevnou látku a její šíření přes povrch pevné látky. Existují tři typy zvlhčení: omezené, plné a nezmáčknuté.

Mísitelnost

To charakterizuje schopnost kapalin se vzájemně rozpouštějí. Příklady mísitelných kapalin jsou voda a alkohol, zatímco ty, které jsou nemísitelné, jsou voda a olej.

Difúze

Když dvě smíšené tekutiny jsou ve stejné nádobě, kvůli tepelnému pohybu molekuly začnou překonávat rozhraní a tekutiny se postupně mísí. Tento proces se nazývá difúze. Může se vyskytovat u látek, které jsou v jiných agregačních stavech.

Přehřátí a hypotermie

Mezi fascinujícími vlastnostmi kapalin stojí za zmínku přehřátí a hypotermie. Tyto procesy často tvoří základ chemických ložisek. Při rovnoměrném ohřevu bez vysokých teplotních poklesů a mechanických účinků se tekutina může zahřát nad teplotu varu, aniž by došlo k varu. Tento proces se nazývá přehřátí. Pokud je předmět hoden do přehřáté kapaliny, okamžitě se vaří.

Podobným způsobem dochází k podchlazení kapaliny, to znamená k jeho ochlazení na teplotu pod bodem mrazu, čímž se obchází samotné zamrznutí. S mírným úderem, podchlazená kapalina okamžitě krystalizuje a změní se na led.

Vlny na povrchu

Pokud rušíte rovnováhu povrchu kapaliny, pak se pod působením obnovovacích sil vrátí zpět do rovnováhy. Tento pohyb není omezen na jeden cyklus, ale mění se na vibrace a rozšiřuje se na další části. Takto se získávají vlny, které lze pozorovat na povrchu jakékoliv kapaliny.

Když se jako obnovující síla objevuje převážně gravitace vlny se nazývají gravitační. Mohou být vidět všude na vodě. Pokud je obnovovací síla tvořena převážně sílou povrchového napětí, pak se vlny nazývají kapiláry. Nyní víte, jaká vlastnost kapalin způsobuje známou vzrušení vody.

Vlny hustoty

Kapalina je extrémně tvrdá stlačena, avšak se změnou teploty, změnou objemu a hustoty. To se nestane okamžitě: při kompresi jedné části jsou ostatní komprimovány se zpožděním. Tak se v kapalině šíří elastické vlny, které se nazývají vlny hustoty. Pokud se vlna šíří, hustota se mírně změní, pak ji nazývám zdravým a pokud je dostatečně silná, je to šok.

Setkali jsme se s obecnými vlastnostmi kapalin. Všechny hlavní charakteristiky závisejí na typu a složení kapalin.

Klasifikace

Po zvážení základních fyzikálních vlastností kapalin zjistěte, jak jsou klasifikovány. Struktura a vlastnosti kapalných látek závisí na individualitě částic v jejich složení, stejně jako na povaze a hloubce interakce mezi nimi. Na tomto základě vydávají:

1. Atomové kapaliny. Skládají se z atomů nebo sférických molekul, které jsou propojeny centrálními van der Waalsovými silami. Tekutý argon a kapalný metan jsou příklady.
2. Tekutiny sestávající z diatomických molekul s identickými atomy, jejichž ionty jsou vázány Coulombovými silami. Příklady zahrnují kapalný vodík, kapalný sodík a kapalnou rtuť.
3. Kapaliny, které se skládají z polárních molekul vázaných interakcí dipól-dipól, například bromovodík.
4. Přidružené kapaliny. Mají vodíkové vazby (voda, glycerin).
5. Tekutiny, které jsou tvořeny velkými molekulami. Pro ty druhé hrají důležitou roli vnitřní stupně volnosti.

Látky prvních dvou (méně často tří) skupin se nazývají jednoduché. Studovali se lépe než všichni ostatní. Mezi obtížnými kapalinami, nejvíce studovanou vodou. Tato klasifikace nezahrnuje tekuté krystaly a kvantové kapaliny, protože se jedná o zvláštní případy a jsou považovány za samostatné.

Z hlediska hydrodynamických vlastností jsou kapaliny rozděleny na newtonovské a non-newtonské. Pro první poslušnost zákona Newtona. To znamená, že jejich střižné napětí lineárně závisí na gradientu rychlosti. Koeficient proporcionality mezi těmito hodnotami se nazývá viskozita. Nemějte novýtonský jazyk viskozita kapalin závisí na gradientu rychlosti.

Studium

Studium pohybu a mechanické rovnováhy tekutin a plynů, stejně jako jejich vzájemné ovlivňování, včetně pevných látek, je řešeno v takovém mechanickém oddělení, jako je mechanika tekutin. To je také nazýváno hydrodynamika.

Nekomprimovatelné kapaliny jsou studovány v podkapitole mechaniky tekutin, která se jednoduše nazývá hydromechanika. Vzhledem k tomu, že stlačitelnost kapalin je velmi malá, je v mnoha případech jednoduše zanedbávána. Stlačitelné tekutiny zkoumající dynamiku plynu.

Hydromechanika se dále dělí na hydrostatiku a hydrodynamiku (v úzkém smyslu). V prvním případě se studuje rovnováha nestlačitelných kapalin a ve druhém je jejich pohyb.

Magnetická hydrodynamika se zabývá studiem magnetických a vodivých kapalin a hydraulika se zabývá aplikovanými problémy.

Základní zákon hydrostatiky je zákon Pascalu. Pohyb ideálních nestlačitelných tekutin je popsán Eulerovou rovnicí. Pro jejich stacionární tok je Bernoulliho zákon splněn. Torricelliho vzorec popisuje tok kapalných látek z otvorů. Pohyb viskózních tekutin splňuje Navierovu-Stokesovu rovnici, která mimo jiné může vzít v úvahu stlačitelnost.

Elastické vlny a oscilace v tekutině (stejně jako v jiných médiích) studují takovou vědu jako akustika. Hydroakustika - dílčí část věnovaná studiu zvuku ve vodním prostředí pro řešení problémů podvodní komunikace, umístění a dalších věcí.

Na závěr

Dnes jsme se setkali s obecnými fyzikálními vlastnostmi kapalin. Dále jsme se dozvěděli, že takové látky jsou obecně zastoupeny a jak jsou klasifikovány. Pokud jde o chemické vlastnosti kapaliny, jsou přímo závislé na jeho složení. Proto by měly být pro každou látku posouzeny zvlášť. Která vlastnost tekutiny je důležitá a která není, těžká odpověď. Vše závisí na úkolu, v rámci kterého je tato tekutina zvažována.