Osnovne lastnosti tekočin

Tekočina je snov, ki je v agregatnem stanju in je vmesna med trdnim in plinastim. Poleg tega je njegovo stanje, kot v primeru trdnih snovi, kondenzirno, to pomeni, da pomeni vez med delci (atomi, molekule, ioni). Fluid ima lastnosti, ki ga bistveno razlikujejo od snovi, ki so v drugih agregatnih stanj. Najpomembnejša je sposobnost večkratne spremembe oblike pod vplivom mehanske obremenitve brez izgube prostornine. Danes bomo izvedeli, katere lastnosti imajo tekočine in kakšne so.

Splošne značilnosti

Plin ne ohranja volumna in oblike, trdno telo obdrži oba, in drugo, in tekočina zadrži le volumen. Zato se tekoče agregatno stanje šteje za vmesno. Površina tekočine je videz elastične membrane in določa njeno obliko. Molekule takšnih teles na eni strani nimajo določenega položaja, po drugi strani pa ne morejo imeti popolne svobode gibanja. Lahko se zbirajo v kapljice in tečejo pod lastno površino. Med molekulami tekočin je privlačnost, ki je dovolj velika, da jih držimo blizu.

Snov je v tekočem stanju v določenem temperaturnem območju. Če temperatura pade pod njo, pride do prehoda v trdno obliko (kristalizacija) in, če se dvigne višje, v plinasto obliko (izhlapevanje). Meje tega intervala za isto tekočino se lahko razlikujejo glede na tlak. Na primer, v gorah, kjer je tlak bistveno nižji kot na ravnicah, voda zavre pri nižji temperaturi.

Običajno ima tekočina le eno modifikacijo, zato je to agregatno stanje in termodinamična faza. Vse tekočine se delijo na čiste snovi in ​​zmesi. Nekatere od teh mešanic so ključnega pomena za človeško življenje: kri, morska voda in druge.

Upoštevajte osnovne lastnosti tekočin.

Fluidnost

Tekočina se od drugih snovi razlikuje predvsem od fluidnosti. Če se nanjo nanese zunanja sila, se pojavi tok delcev v smeri njegove uporabe. Tako, kadar je izpostavljena zunanjim neuravnoteženim silam, tekočina ni sposobna ohraniti oblike in relativnega položaja delcev. Iz istega razloga ima obliko posode, v katero pade. V nasprotju s trdnimi plastičnimi telesi tekočine nimajo meje tečenja, torej tečejo pri najmanjšem izstopu iz ravnotežnega stanja.

Ohranjanje prostornine

Ena od značilnih fizikalnih lastnosti tekočin je sposobnost ohranjanja prostornine pod mehanskim delovanjem. Zaradi velike gostote molekul so zelo težko stisniti. Po Pascalovem zakonu se tlak, ki nastane na tekočini, zaprti v posodi, brez spremembe, prenese na vsako točko njegovega volumna. Poleg minimalne stisljivosti se ta funkcija pogosto uporablja v hidravliki. Večina tekočin se po segrevanju poveča in zmanjša, ko se ohladi.

Viskoznost

Med glavnimi lastnostmi tekočin, kot v primeru plinov, je treba omeniti viskoznost. Viskoznost se nanaša na zmožnost delcev, da se uprejo medsebojnim gibanjem, to je notranjim trenjem. Pri premikanju sosednjih plasti tekočine med seboj pride do neizogibnega trka molekul in nastanejo sile, ki zavirajo urejeno gibanje. Kinetična energija urejeno gibanje se pretvori v toplotno energijo kaotičnega gibanja. Če se tekočina, ki se nahaja v posodi, premakne in nato pusti sama, se bo postopoma ustavila, vendar se bo temperatura zvišala.

Prosta površina in površinska napetost

Če pogledate kapljico vode, ki leži na ravni površini, lahko vidite, da je zaokrožena. Zaradi tega takšne lastnosti tekočin kot nastanek proste površine in površinske napetosti. Sposobnost tekočin, da ohranijo volumen, povzroči nastanek proste površine, ki ni nič drugega kot vmesnik: tekoča in plinasta. Pri stiku teh faz iste snovi nastanejo sile za zmanjšanje površine vmesniške ravnine. Imenujejo se površinska napetost. Fazna meja je elastična membrana, ki se nagiba.

Tudi površinska napetost je pojasnjena z privabljanjem tekočih molekul drug na drugega. Vsaka molekula se skuša »obdati« z drugimi molekulami in se odmakniti od vmesnika. Zaradi tega se površina hitro zmanjšuje. To pojasnjuje dejstvo, da mila mehurčki in mehurčki, ki nastanejo med vrenjem, težijo k sferični obliki. Če na tekočino deluje le sila površinske napetosti, bo zagotovo ta oblika.

Majhni predmeti, katerih gostota presega gostoto tekočine, lahko ostanejo na njeni površini zaradi dejstva, da je sila, ki preprečuje povečanje površine, večja od sile agresije.

Izhlapevanje in kondenzacija

Izhlapevanje se nanaša na postopen prehod snovi iz tekočine v plinasto stanje. Nekatere molekule v procesu toplotnega gibanja puščajo tekočino skozi njeno površino in se pretvarjajo v pare. Vzporedno s tem pa drugi del molekul, nasprotno, prehaja iz hlapov v tekočino. Ko število spojin, ki zapustijo tekočino, preseže število spojin, ki so vstopile v tekočino, poteka postopek izhlapevanja.

Kondenzacija je obratna. Med kondenzacijo tekočina iz hlapov prejme več hlapov, kot se oddaja.

Oba opisana procesa sta neravnotežna in se lahko nadaljujeta, dokler se ne vzpostavi lokalno ravnovesje. V tem primeru lahko tekočina popolnoma izhlapi ali pride v ravnotežje s svojimi hlapi.

Kuhaj

Vrelišče je proces notranje pretvorbe tekočine. Ko se temperatura dvigne do določene točke, parni tlak preseže tlak v snovi in ​​v njem se začnejo tvoriti mehurčki. Pod pogoji gravitacije plavajo navzgor.

Vlaženje

Vlaženje je pojav, ko pride tekočina v stik s trdno snovjo v prisotnosti pare. Tako se pojavi na vmesniku treh faz. Ta pojav označuje »lepljenje« tekoče snovi na trdno snov in njeno širjenje po površini trdne snovi. Obstajajo tri vrste omočenja: omejeno, polno in ne mokro.

Mešljivost

Karakterizira sposobnost tekočin, da se med seboj raztopijo. Primeri mešljivih tekočin so voda in alkohol, medtem ko so tisti, ki se ne mešajo, voda in olje.

Difuzija

Ko sta dve mešani tekočini v isti posodi, zaradi toplotnega gibanja molekule začnejo premagovati vmesnik in tekočine se postopoma premešajo. Ta proces se imenuje difuzija. Lahko se pojavi v snoveh, ki so v drugih agregatnih stanjih.

Pregrevanje in podhladitev

Med fascinantnimi lastnostmi tekočin je treba omeniti pregrevanje in podhladitev. Ti procesi pogosto tvorijo osnovo kemičnih žarišč. Pri enakomernem segrevanju, brez močnih temperaturnih padcev in mehanskih učinkov, se lahko tekočina segreje nad vreliščem, ne da bi se vrela. Ta proces se imenuje pregrevanje. Če se predmet vrže v pregreto tekočino, se takoj zavre.

Na podoben način se zgodi tudi prehladitev tekočine, to je njeno hlajenje na temperaturo pod zmrziščem, mimo samega zmrzovanja. Prehladna tekočina se z rahlim udarcem takoj kristalizira in se spremeni v led.

Valovi na površini

Če motite ravnotežje površine tekočine, se bo ta pod delovanjem obnovitvenih sil vrnila v ravnotežje. To gibanje ni omejeno na en cikel, temveč se spremeni v vibracije in se razširi na druge dele. Tako dobimo valove, ki jih lahko opazimo na površini tekočine.

Ko se kot sila obnavlja pretežno težnost valovi se imenujejo gravitacijska. Na vodi so vidni povsod. Če se sila obnavljanja večinoma oblikuje iz sile površinske napetosti, se valovi imenujejo kapilarne. Zdaj veste, katere lastnosti tekočin povzročajo znano razburjenje vode.

Gostotni valovi

Tekočina je izjemno trdo stisnjena, vendar se s spremembo temperature, njene volumne in gostote spremeni. To se ne zgodi takoj: pri stiskanju enega odseka se drugi stisnejo z zamudo. Tako se v tekočini širijo elastični valovi, ki se imenujejo valovi gostote. Če se val poveča, se gostota rahlo spremeni, potem jo imenujem zvok, in če je dovolj močan, je šok.

Spoznali smo splošne lastnosti tekočin. Vse glavne značilnosti so odvisne od vrste in sestave tekočin.

Razvrstitev

Če upoštevamo osnovne fizikalne lastnosti tekočin, ugotovimo, kako so razvrščene. Struktura in lastnosti tekočih snovi so odvisne od individualnosti delcev v njihovi sestavi ter narave in globine interakcije med njimi. Na tej podlagi oddajajo:

1. Atomske tekočine. Sestavljeni so iz atomov ali sferičnih molekul, ki so med seboj povezane s centralnimi van der Waalsovimi silami. Tekoči argon in tekoči metan sta odlična primera.
2. Tekočine, ki sestojijo iz diatomejskih molekul z enakimi atomi, katerih ioni so vezani na Coulombove sile. Primeri vključujejo tekoči vodik, tekoči natrij in tekoče živo srebro.
3. Tekočine, ki so sestavljene iz polarnih molekul, vezanih z interakcijo dipol-dipola, npr. Vodikov bromid.
4. Povezane tekočine. Imajo vodikove vezi (voda, glicerin).
5. Tekočine, ki so sestavljene iz velikih molekul. Za slednje imajo pomembno vlogo notranje stopnje svobode.

Snovi prvih dveh (redkeje tri) skupine imenujemo preproste. Študirajo jih bolje kot vsi drugi. Med težkimi tekočinami je najbolj raziskana voda. Ta klasifikacija ne zajema tekočih kristalov in kvantnih tekočin, ker so posebni primeri in se obravnavajo ločeno.

Z vidika hidrodinamičnih lastnosti so tekočine razdeljene na newtonske in ne-newtonske. Prvi, ki se je držal Newtonovega zakona. To pomeni, da je njihovo strižno napetost linearno odvisna od hitrostnega gradienta. Koeficient sorazmernosti med temi vrednostmi se imenuje viskoznost. Imajo ne-newtonske tekočine viskoznost odvisno od gradienta hitrosti.

Študija

Proučevanje gibanja in mehanskega ravnovesja tekočin in plinov ter njihove interakcije, vključno s trdnimi snovmi, se obravnava v takem delu mehanike kot mehanika tekočin. Imenuje se tudi hidrodinamika.

Nekompresibilne tekočine se preučujejo v pododdelku mehanike tekočin, ki se preprosto imenuje hidromehanika. Ker je stisljivost tekočin zelo majhna, je v mnogih primerih preprosto zanemarjena. Stisljive tekočine, ki preučujejo dinamiko plina.

Hidromehanika je nadalje razdeljena na hidrostatiko in hidrodinamiko (v ožjem smislu). V prvem primeru se preučuje ravnotežje nestisljivih tekočin, v drugem pa njihovo gibanje.

Magnetna hidrodinamika se ukvarja s preučevanjem magnetnih in prevodnih tekočin, hidravlika pa se ukvarja z uporabljenimi problemi.

Osnovni zakon hidrostatike je Pascalov zakon. Gibanje idealnih nestisljivih tekočin je opisano z Eulerjevo enačbo. Za njihov stacionarni tok je izpolnjen Bernoullijev zakon. Torricellijeva formula opisuje pretok tekočih snovi iz lukenj. Gibanje viskoznih tekočin je v skladu z Navier-Stokesovo enačbo, ki lahko med drugim upošteva stisljivost.

Elastični valovi in ​​nihanja v tekočini (kot v resnici v drugih medijih) preučujejo tako znanost kot akustiko. Hidroakustika - pododdelek, ki je namenjen proučevanju zvoka v vodnem okolju za reševanje problemov podvodne komunikacije, lokacije in drugih stvari.

Za zaključek

Danes smo se srečali s splošnimi fizikalnimi lastnostmi tekočin. Ugotovili smo tudi, da so takšne snovi na splošno zastopane in kako so razvrščene. Kar zadeva kemijske lastnosti tekočine, so neposredno odvisne od njegove sestave. Zato jih je treba obravnavati ločeno za vsako snov. Katera lastnost tekočine je pomembna in ki je težko odgovoriti. Vse je odvisno od naloge, v okviru katere se obravnava ta tekočina.