Ir zināms, ka viss, kas ieskauj cilvēku, ieskaitot viņu pašu, ir ķermeņi, kas sastāv no vielām. Tie, savukārt, ir veidoti no molekulām, pēdējie no atomiem, un tie ir no vēl mazākām struktūrām. Tomēr apkārtējā daudzveidība ir tik liela, ka grūti iedomāties pat kaut kādu kopību. Un ir. Savienojumu skaits ir miljons, katrs no tiem ir unikāls pēc īpašībām, struktūras un nozīmes. Kopumā tiek izdalīti vairāki fāzes stāvokļi, pēc kuriem var korelēt visas vielas.
Stāvokļi
Ir četras savienojumu kopējā stāvokļa opcijas.
- Gāzes.
- Cietie.
- Šķidrumi.
- Plazma ir ļoti retas jonizētas gāzes.
Šajā rakstā mēs apskatīsim šķidrumu īpašības, to struktūras īpatnības un iespējamos darbības parametrus.
Šķidro ķermeņu klasifikācija
Šī iedalījuma pamatā ir šķidrumu īpašības, to struktūra un ķīmiskā struktūra, kā arī savienojumu veidojošo daļiņu mijiedarbības veidi.
- Tādi šķidrumi, kas sastāv no atomiem, ko kopā satur Van der Vālsa spēki. Piemēri ir šķidrās gāzes (argons, metāns un citas).
- Vielas, kas sastāv no diviem identiskiem atomiem. Piemēri: sašķidrinātas gāzes - ūdeņradis, slāpeklis, skābeklis un citi.
- Šķidrie metāli - dzīvsudrabs.
- Vielas, kas sastāv no elementiem, kas saistīti ar kovalentām polārām saitēm. Piemēri: hlorūdeņradis, jodūdeņradis, sērūdeņradis un citi.
- Savienojumi, kuros ir ūdeņraža saites. Piemēri: ūdens, spirti, amonjaks šķīdumā.
Ir arī īpašas struktūras - piemēram, šķidrie kristāli, neņūtona šķidrumi, kuriem ir īpašas īpašības.
Mēs apsvērsim šķidruma pamatīpašības, kas to atšķir no visiem citiem agregācijas stāvokļiem. Pirmkārt, tās ir tās, kuras parasti sauc par fiziskām.
Šķidrumu īpašības: forma un tilpums
Kopumā var izdalīt aptuveni 15 raksturlielumus, kas ļauj aprakstīt, kas ir attiecīgās vielas un kāda ir to vērtība un īpašības.
Pašas pirmās šķidruma fizikālās īpašības, kas nāk prātā, pieminot šo agregācijas stāvokli, ir spēja mainīt formu un aizņemt noteiktu tilpumu. Tā, piemēram, ja mēs runājam par šķidru vielu formu, tad ir vispārpieņemts uzskatīt, ka tā nav. Tomēr tas tā nav.
Iedarbojoties labi zināmajam gravitācijas spēkam, matērijas pilieni tiek pakļauti zināmai deformācijai, tāpēc to forma tiek sadalīta un kļūst nenoteikta. Tomēr, ja jūs novietojat kritumu apstākļos, kuros gravitācija nedarbojasvai stipri ierobežots, tad tas iegūs ideālu bumbiņas formu. Tādējādi, ņemot vērā uzdevumu: "Nosauciet šķidrumu īpašības", cilvēkam, kurš uzskata sevi par labi pārzinošu fizikā, vajadzētu pieminēt šo faktu.
Runājot par tilpumu, šeit jāņem vērā gāzu un šķidrumu vispārīgās īpašības. Tie abi spēj aizņemt visu telpas apjomu, kurā tie atrodas, un to ierobežo tikai kuģa sienas.
Viskozitāte
Šķidrumu fizikālās īpašības ir ļoti dažādas. Bet viens no tiem ir unikāls, piemēram, viskozitāte. Kas tas ir un kā tas tiek definēts? Galvenie parametri, no kuriem ir atkarīga aplūkotā vērtība, ir:
- tangenciāls stress;
- kustības ātruma gradients.
Norādīto vērtību atkarība ir lineāra. Ja izskaidrojam vienkāršākos vārdos, tad viskozitāte, tāpat kā tilpums, ir tādas šķidrumu un gāzu īpašības, kas tiem ir kopīgas un nozīmē neierobežotu kustību neatkarīgi no ārējiem ietekmes spēkiem. Tas ir, ja ūdens izplūst no trauka, tas turpinās to darīt, ja tiek ietekmēta kāda ietekme (gravitācija, berze un citi parametri).
Tas atšķiras no šķidrumiem, kas nav Ņūtona, jo tie ir viskozāki un var atstāt aiz tiem caurumus, kas laika gaitā piepildās.
No kā būs atkarīgs šis rādītājs?
- No temperatūras. Paaugstinoties temperatūrai, dažu šķidrumu viskozitāte palielinās, bet citu, gluži pretēji,samazinās. Tas ir atkarīgs no konkrētā savienojuma un tā ķīmiskās struktūras.
- No spiediena. Palielinājums izraisa viskozitātes indeksa pieaugumu.
- No vielas ķīmiskā sastāva. Viskozitāte mainās piemaisījumu un svešķermeņu klātbūtnē tīras vielas paraugā.
Siltuma jauda
Šis termins attiecas uz vielas spēju absorbēt noteiktu siltuma daudzumu, lai paaugstinātu savu temperatūru par vienu grādu pēc Celsija. Šim indikatoram ir dažādi savienojumi. Dažiem ir lielāka, citiem mazāka siltuma jauda.
Tātad, piemēram, ūdens ir ļoti labs siltuma akumulators, kas ļauj to plaši izmantot apkures sistēmām, ēdiena gatavošanai un citām vajadzībām. Kopumā siltumietilpības indekss ir stingri individuāls katram atsevišķam šķidrumam.
Virsmas spraigums
Bieži vien, saņēmuši uzdevumu: "Nosauciet šķidrumu īpašības", tie uzreiz atgādina virsmas spraigumu. Galu galā bērni ar viņu tiek iepazīstināti fizikas, ķīmijas un bioloģijas stundās. Un katrs vienums izskaidro šo svarīgo parametru no savas puses.
Klasiskā virsmas spraiguma definīcija ir šāda: tā ir fāzes robeža. Tas ir, laikā, kad šķidrums ir aizņēmis noteiktu tilpumu, tas no ārpuses robežojas ar gāzveida vidi - gaisu, tvaiku vai kādu citu vielu. Tādējādi fāzu atdalīšanās notiek saskares punktā.
Tajā pašā laikā molekulām ir tendence ieskauj sevi ar pēc iespējas vairāk daļiņu un tādējādi it kā novedsaspiežot šķidrumu kopumā. Tāpēc šķiet, ka virsma ir izstiepta. Tas pats īpašums var izskaidrot arī šķidruma pilienu sfērisko formu, ja nav gravitācijas. Galu galā tieši šī forma ir ideāla no molekulas enerģijas viedokļa. Piemēri:
- ziepju burbuļi;
- verdošs ūdens;
- šķidruma pilieni bezsvara stāvoklī.
Daži kukaiņi ir pielāgojušies "staigāšanai" pa ūdens virsmu tieši virsmas spraiguma dēļ. Piemēri: ūdenslīdēji, ūdensputni, daži grumbuļi.
Krāsa
Ir kopīgas šķidrumu un cietvielu īpašības. Viens no tiem ir plūstamība. Visa atšķirība ir tāda, ka pirmajam tas ir neierobežots. Kāda ir šī parametra būtība?
Ja pieliekat ārēju spēku šķidram ķermenim, tas sadalīsies daļās un atdalīs tās vienu no otras, tas ir, plūdīs. Šajā gadījumā katra daļa atkal aizpildīs visu trauka tilpumu. Cietām vielām šī īpašība ir ierobežota un ir atkarīga no ārējiem apstākļiem.
Īpašību atkarība no temperatūras
Tie ietver trīs parametrus, kas raksturo vielas, kuras mēs apsveram:
- pārkarst;
- dzesēšana;
- vārās.
Tādas šķidrumu īpašības kā pārkaršana un hipotermija ir tieši saistītas ar attiecīgi kritiskajiem viršanas un sasalšanas punktiem (punktiem). Pārkarsēts šķidrums ir šķidrums, kas, pakļaujoties temperatūrai, ir pārsniedzis kritiskā sildīšanas punkta slieksni, bet nav parādījis ārējas viršanas pazīmes.
Supercooled, attiecīgi, saucšķidrums, kas zemas temperatūras ietekmē ir pārsniedzis kritiskā punkta slieksni pārejai uz citu fāzi, bet nav kļuvis par cietu.
Gan pirmajā, gan otrajā gadījumā ir nosacījumi šādu īpašību izpausmei.
- Nekādas mehāniskas ietekmes uz sistēmu (kustība, vibrācija).
- Vienmērīga temperatūra, bez pēkšņiem lēcieniem un kritumiem.
Interesants fakts ir tas, ka, iemetot svešķermeni pārkarsētā šķidrumā (piemēram, ūdenī), tas uzreiz uzvārīsies. To var iegūt, sildot starojuma ietekmē (mikroviļņu krāsnī).
Līdzāspastāvēšana ar citām matērijas fāzēm
Šim parametram ir divas iespējas.
- Šķidrums - gāze. Šādas sistēmas ir visizplatītākās, jo tās pastāv visur dabā. Galu galā ūdens iztvaikošana ir daļa no dabiskā cikla. Šajā gadījumā iegūtais tvaiks pastāv vienlaikus ar šķidru ūdeni. Ja runājam par slēgtu sistēmu, tad arī tur notiek iztvaikošana. Vienkārši tvaiks ļoti ātri kļūst piesātināts, un visa sistēma kopumā nonāk līdzsvarā: šķidrums - piesātināts tvaiks.
- Šķidrums – cietas vielas. Īpaši šādās sistēmās ir pamanāma vēl viena īpašība - mitrināmība. Ūdens un cietas vielas mijiedarbībā pēdējo var pilnībā, daļēji samitrināt vai pat atgrūst ūdeni. Ir savienojumi, kas ūdenī šķīst ātri un praktiski bezgalīgi. Ir tādi, kas uz to nemaz nav spējīgi (daži metāli, dimants un citi).
Kopumā hidroaeromehānikas disciplīna nodarbojas ar šķidrumu mijiedarbības izpēti ar savienojumiem citos agregācijas stāvokļos.
Saspiežamība
Šķidruma pamatīpašības būtu nepilnīgas, ja mēs nepieminētu saspiežamību. Protams, šis parametrs ir raksturīgāks gāzes sistēmām. Tomēr tos, kurus mēs apsveram, noteiktos apstākļos var arī saspiest.
Galvenā atšķirība ir procesa ātrums un tā viendabīgums. Lai gan gāzi var saspiest ātri un zemā spiedienā, šķidrumi tiek saspiesti nevienmērīgi, pietiekami ilgi un īpaši izvēlētos apstākļos.
Šķidrumu iztvaikošana un kondensācija
Šīs ir vēl divas šķidruma īpašības. Fizika sniedz viņiem šādus skaidrojumus:
- Iztvaikošana ir process, kas raksturo pakāpenisku vielas pāreju no šķidra agregācijas stāvokļa uz cietu stāvokli. Tas notiek termiskās ietekmes ietekmē uz sistēmu. Molekulas sāk kustēties un, mainot kristālisko režģi, pāriet gāzveida stāvoklī. Procesu var turpināt, līdz viss šķidrums tiek pārvērsts tvaikos (atvērtām sistēmām). Vai līdz tiek izveidots līdzsvars (slēgtiem kuģiem).
- Kondensācija ir process, kas ir pretējs iepriekš norādītajam. Šeit tvaiki pāriet šķidruma molekulās. Tas notiek, līdz tiek izveidots līdzsvars vai pilnīga fāzes pāreja. Tvaiki šķidrumā izdala vairāk daļiņu nekā tajā.
Tipiski šo divu procesu piemēri dabā ir ūdens iztvaikošana no Pasaules okeāna virsmas, tā kondensācijaatmosfēras augšējais slānis un pēc tam nokrišņi.
Šķidruma mehāniskās īpašības
Šīs īpašības ir tādas zinātnes kā hidromehānikas izpētes priekšmets. Konkrēti, tā sadaļa, šķidruma un gāzes mehānikas teorija. Galvenie mehāniskie parametri, kas raksturo attiecīgo vielu agregācijas stāvokli, ir:
- blīvums;
- share;
- viskozitāte.
Zem šķidra ķermeņa blīvuma saprotiet tā masu, ko satur viena tilpuma vienība. Šis indikators dažādiem savienojumiem atšķiras. Par šo rādītāju jau ir aprēķināti un eksperimentāli izmērīti dati, kas tiek ievadīti speciālās tabulās.
Īpatnējais svars tiek uzskatīts par vienas šķidruma tilpuma vienības svaru. Šis rādītājs ir ļoti atkarīgs no temperatūras (tam paaugstinoties, tā svars samazinās).
Kāpēc pētīt šķidrumu mehāniskās īpašības? Šīs zināšanas ir svarīgas, lai izprastu procesus, kas notiek dabā, cilvēka organismā. Arī veidojot tehniskos līdzekļus, dažādus produktus. Galu galā šķidrās vielas ir viena no visizplatītākajām agregātu formām uz mūsu planētas.
Neņūtona šķidrumi un to īpašības
Gāzu, šķidrumu, cietvielu īpašības ir fizikas, kā arī dažu saistīto disciplīnu izpētes objekts. Taču bez tradicionālajām šķidrajām vielām pastāv arī tā sauktās neņūtona vielas, kuras arī pēta šī zinātne. Kas tie ir un kāpēc viņi ieguvakāds ir nosaukums?
Lai saprastu, kas ir šie savienojumi, šeit ir visizplatītākie mājsaimniecības piemēri:
- "Slime", ko spēlē bērni;
- "roku gumija" jeb košļājamā gumija rokām;
- parastā celtniecības krāsa;
- cietes šķīdums ūdenī utt.
Tas ir, tie ir šķidrumi, kuru viskozitāte pakļaujas ātruma gradientam. Jo ātrāks trieciens, jo augstāks viskozitātes indekss. Tāpēc, kad rokas smagana ar asu sitienu atsitās pret grīdu, tā pārvēršas par pilnīgi cietu vielu, kas var sadalīties gabalos.
Ja atstāsiet to mierā, tad dažu minūšu laikā tas izplatīsies lipīgā peļķē. Neņūtona šķidrumi pēc savām īpašībām ir diezgan unikālas vielas, kuras ir izmantotas ne tikai tehniskām vajadzībām, bet arī kultūras un ikdienas vajadzībām.
