Известно е, че всичко, което заобикаля човек, включително самия него, са тела, състоящи се от вещества. Те от своя страна са изградени от молекули, а последните от атоми и са от още по-малки структури. Въпреки това разнообразието наоколо е толкова голямо, че е трудно да си представим дори някаква общост. И има. Съединенията наброяват милиони, всяко от тях е уникално по свойства, структура и роля. Общо се разграничават няколко фазови състояния, според които всички вещества могат да бъдат корелирани.
Състояния на въпроса
Има четири опции за агрегатно състояние на съединенията.
- Газове.
- Твърди.
- Течности.
- Плазмата е силно разредени йонизирани газове.
В тази статия ще разгледаме свойствата на течностите, техните структурни характеристики и възможни параметри на работа.
Класификация на течни тела
Това разделение се основава на свойствата на течностите, тяхната структура и химическа структура, както и видовете взаимодействия между частиците, които изграждат съединението.
- Такива течности, които се състоят от атоми, държани заедно от сили на Ван дер Ваалс. Примери са течни газове (аргон, метан и други).
- Вещества, които се състоят от два еднакви атома. Примери: втечнени газове - водород, азот, кислород и други.
- Течни метали - живак.
- Вещества, състоящи се от елементи, свързани с ковалентни полярни връзки. Примери: хлороводород, йодид водород, сероводород и други.
- Съединения, в които присъстват водородни връзки. Примери: вода, алкохоли, амоняк в разтвор.
Има и специални структури - като течни кристали, ненютонови течности, които имат специални свойства.
Ще разгледаме основните свойства на течността, които я отличават от всички други агрегатни състояния. На първо място, това са тези, които обикновено се наричат физически.
Свойства на течностите: форма и обем
Общо могат да бъдат разграничени около 15 характеристики, които ни позволяват да опишем какви са въпросните вещества и каква е тяхната стойност и характеристики.
Първите физически свойства на течността, които идват на ум при споменаването на това агрегатно състояние, са способността да променя формата си и да заема определен обем. Така че, например, ако говорим за формата на течни вещества, тогава е общоприето да се счита, че тя отсъства. Това обаче не е така.
Под действието на добре познатата сила на гравитацията, капките материя претърпяват известна деформация, така че формата им се нарушава и става неопределена. Въпреки това, ако поставите капка в условия, при които гравитацията не действаили силно ограничен, тогава ще приеме идеалната форма на топка. По този начин, като се даде задачата: „Назовете свойствата на течностите“, човек, който смята, че е добре запознат с физиката, трябва да спомене този факт.
Що се отнася до обема, тук трябва да отбележим общите свойства на газовете и течностите. И двамата са в състояние да заемат целия обем пространство, в което се намират, ограничени само от стените на съда.
Вискозитет
Физичните свойства на течностите са много разнообразни. Но един от тях е уникален, като вискозитет. Какво е това и как се определя? Основните параметри, от които зависи разглежданата стойност, са:
- тангенциално напрежение;
- градиент на скоростта.
Зависимостта на посочените стойности е линейна. Ако обясним с по-прости думи, тогава вискозитетът, подобно на обема, е такива свойства на течности и газове, които са общи за тях и предполагат неограничено движение, независимо от външните сили на влияние. Тоест, ако водата изтича от съда, той ще продължи да го прави при всякакви влияния (гравитация, триене и други параметри).
Това е различно от ненютоновите течности, които са по-вискозни и могат да оставят дупки зад себе си, които се запълват с течение на времето.
От какво ще зависи този индикатор?
- От температура. С повишаване на температурата вискозитетът на някои течности се увеличава, докато други, напротив,намалява. Зависи от конкретното съединение и неговата химическа структура.
- От натиск. Увеличаването води до повишаване на индекса на вискозитета.
- От химическия състав на материята. Промени във вискозитета при наличие на примеси и чужди компоненти в проба от чисто вещество.
Топлинен капацитет
Този термин се отнася до способността на веществото да абсорбира определено количество топлина, за да повиши собствената си температура с един градус по Целзий. Има различни връзки за този индикатор. Някои имат повече, други по-малък топлинен капацитет.
Така например водата е много добър акумулатор на топлина, което й позволява да се използва широко за отоплителни системи, готвене и други нужди. Като цяло индексът на топлинния капацитет е строго индивидуален за всяка отделна течност.
Повърхностно напрежение
Често, след като са получили задачата: „Назовете свойствата на течностите“, те веднага си припомнят повърхностното напрежение. В крайна сметка децата се запознават с него в уроците по физика, химия и биология. И всеки елемент обяснява този важен параметър от своя страна.
Класическата дефиниция на повърхностното напрежение е следната: това е фазова граница. Тоест в момента, когато течността е заела определен обем, тя граничи отвън с газообразна среда - въздух, пара или някакво друго вещество. По този начин се получава разделяне на фазите в точката на контакт.
В същото време, молекулите са склонни да се обграждат с възможно най-много частици и по този начин водят сякаш докомпресиране на течността като цяло. Следователно повърхността изглежда е опъната. Същото свойство може да обясни и сферичната форма на течните капчици при липса на гравитация. В крайна сметка именно тази форма е идеална от гледна точка на енергията на молекулата. Примери:
- сапунени мехурчета;
- вряща вода;
- течните капки в безтегловност.
Някои насекоми са се приспособили да "вървят" по повърхността на водата именно благодарение на повърхностното напрежение. Примери: водоходци, водолюбиви птици, някои личинки.
Цвят
Има общи свойства на течности и твърди вещества. Една от тях е течливостта. Цялата разлика е, че за първите тя е неограничена. Каква е същността на този параметър?
Ако приложите външна сила към течно тяло, то ще се раздели на части и ще ги отдели една от друга, тоест ще тече. В този случай всяка част отново ще запълни целия обем на съда. За твърдите вещества това свойство е ограничено и зависи от външни условия.
Зависимост на свойствата от температурата
Те включват три параметъра, които характеризират веществата, които разглеждаме:
- прегряване;
- охлаждане;
- вряне.
Такива свойства на течности като прегряване и хипотермия са пряко свързани с критичните точки на кипене и замръзване (точки), съответно. Прегрята течност е течност, която е преодоляла прага на критичната точка на нагряване, когато е изложена на температура, но не е показала външни признаци на кипене.
Суперохладен, съответно, наречентечност, която е преминала прага на критичната точка на преход към друга фаза под въздействието на ниски температури, но не се е превърнала в твърдо вещество.
И в първия, и във втория случай има условия за проява на такива свойства.
- Без механични ефекти върху системата (движение, вибрации).
- Равномерна температура, без внезапни скокове и спадове.
Интересен факт е, че ако хвърлите чужд предмет в прегрята течност (например вода), той моментално ще заври. Можете да го получите чрез нагряване под въздействието на радиация (в микровълнова фурна).
Съвместно съществуване с други фази на материята
Има две опции за този параметър.
- Течност - газ. Такива системи са най-разпространени, тъй като съществуват навсякъде в природата. В крайна сметка изпаряването на водата е част от естествения цикъл. В този случай получената пара съществува едновременно с течна вода. Ако говорим за затворена система, тогава и там се случва изпаряване. Просто парата се насища много бързо и цялата система като цяло идва в равновесие: течност - наситена пара.
- Течност - твърди вещества. Особено при такива системи се забелязва още едно свойство - омокряемост. При взаимодействието на вода и твърдо вещество, последното може да се намокри напълно, частично или дори да отблъсне водата. Има съединения, които се разтварят във вода бързо и практически неограничено. Има такива, които изобщо не са способни на това (някои метали, диамант и други).
По принцип дисциплината хидроаеромеханика се занимава с изучаване на взаимодействието на течности със съединения в други агрегатни състояния.
Сгъваемост
Основните свойства на флуида биха били непълни, ако не споменем свиваемостта. Разбира се, този параметър е по-характерен за газовите системи. Въпреки това, тези, които разглеждаме, също могат да бъдат компресирани при определени условия.
Основната разлика е скоростта на процеса и неговата еднородност. Докато газът може да бъде компресиран бързо и под ниско налягане, течностите се компресират неравномерно, достатъчно дълго и при специално избрани условия.
Изпаряване и кондензация на течности
Това са още две свойства на течността. Физиката им дава следните обяснения:
- Изпарението е процес, който характеризира постепенното преминаване на вещество от течно агрегатно състояние в твърдо състояние. Това се случва под въздействието на топлинни ефекти върху системата. Молекулите започват да се движат и, променяйки кристалната си решетка, преминават в газообразно състояние. Процесът може да продължи, докато цялата течност се превърне в пара (за отворени системи). Или докато се установи равновесие (за затворени съдове).
- Кондензацията е процес, противоположен на посочения по-горе. Тук парата преминава в течни молекули. Това се случва, докато се установи равновесие или пълен фазов преход. Парата отделя повече частици в течността, отколкото в нея.
Типични примери за тези два процеса в природата са изпаряването на водата от повърхността на Световния океан, нейната кондензация вгорните слоеве на атмосферата и след това опадъци.
Механични свойства на флуида
Тези свойства са предмет на изследване на такава наука като хидромеханика. По-конкретно, неговият раздел, теорията на механиката на течности и газ. Основните механични параметри, характеризиращи разглежданото състояние на агрегиране на веществата, включват:
- плътност;
- споделяне;
- вискозитет.
Под плътност на течно тяло разбирайте неговата маса, която се съдържа в една единица обем. Този индикатор варира за различните съединения. Вече има изчислени и експериментално измерени данни за този индикатор, които се въвеждат в специални таблици.
Специфичното тегло се счита за теглото на една единица обем течност. Този индикатор е силно зависим от температурата (като се покачва, теглото му намалява).
Защо да изучаваме механичните свойства на течностите? Това знание е важно за разбирането на процесите, протичащи в природата, вътре в човешкото тяло. Също така при създаване на технически средства, различни продукти. В крайна сметка течните вещества са една от най-често срещаните агрегатни форми на нашата планета.
Ненютонови течности и техните свойства
Свойствата на газовете, течностите, твърдите тела са обект на изследване на физиката, както и на някои сродни дисциплини. Но освен традиционните течни вещества, има и така наречените ненютонови, които също се изучават от тази наука. Какви са те и защо са получиликакво е заглавието?
За да разберете какви са тези съединения, ето най-често срещаните домакински примери:
- "Slime", изигран от деца;
- "дъвка за ръце" или дъвка за ръце;
- обикновена строителна боя;
- разтвор на нишесте във вода и др.
Тоест това са течности, чийто вискозитет се подчинява на градиента на скоростта. Колкото по-бързо е ударът, толкова по-висок е индексът на вискозитета. Следователно, когато дъвка на ръката удари пода с остър удар, тя се превръща в напълно твърдо вещество, което може да се счупи на парчета.
Ако го оставите на мира, то само за няколко минути ще се разпространи в лепкава локва. Ненютоновите течности са доста уникални вещества по отношение на своите свойства, които са били използвани не само за технически цели, но и за културни и ежедневни цели.
