Είναι γνωστό ότι όλα όσα περιβάλλουν έναν άνθρωπο, συμπεριλαμβανομένου του εαυτού του, είναι σώματα που αποτελούνται από ουσίες. Αυτά, με τη σειρά τους, κατασκευάζονται από μόρια, τα τελευταία από άτομα και προέρχονται από ακόμη μικρότερες δομές. Ωστόσο, η περιβάλλουσα ποικιλομορφία είναι τόσο μεγάλη που είναι δύσκολο να φανταστεί κανείς ακόμη και κάποιο είδος κοινότητας. Και υπάρχει. Οι ενώσεις ανέρχονται σε εκατομμύρια, καθεμία από αυτές είναι μοναδική σε ιδιότητες, δομή και ρόλο. Συνολικά, διακρίνονται διάφορες καταστάσεις φάσης, σύμφωνα με τις οποίες όλες οι ουσίες μπορούν να συσχετιστούν.
Καταστάσεις ύλης
Υπάρχουν τέσσερις επιλογές για τη συνολική κατάσταση των ενώσεων.
- Αέρια.
- Στερεά.
- Υγρά.
- Το πλάσμα είναι εξαιρετικά σπάνια ιονισμένα αέρια.
Σε αυτό το άρθρο θα εξετάσουμε τις ιδιότητες των υγρών, τα δομικά τους χαρακτηριστικά και πιθανές παραμέτρους απόδοσης.
Ταξινόμηση υγρών σωμάτων
Αυτή η διαίρεση βασίζεται στις ιδιότητες των υγρών, τη δομή και τη χημική τους δομή, καθώς και τους τύπους αλληλεπιδράσεων μεταξύ των σωματιδίων που αποτελούν την ένωση.
- Τέτοια υγρά που αποτελούνται από άτομα που συγκρατούνται μεταξύ τους από τις δυνάμεις Van der Waals. Παραδείγματα είναι τα υγρά αέρια (αργό, μεθάνιο και άλλα).
- Ουσίες που αποτελούνται από δύο ίδια άτομα. Παραδείγματα: υγροποιημένα αέρια - υδρογόνο, άζωτο, οξυγόνο και άλλα.
- Υγρά μέταλλα - υδράργυρος.
- Ουσίες που αποτελούνται από στοιχεία που συνδέονται με ομοιοπολικούς πολικούς δεσμούς. Παραδείγματα: υδροχλώριο, υδροιώδιο, υδρόθειο και άλλα.
- Ενώσεις στις οποίες υπάρχουν δεσμοί υδρογόνου. Παραδείγματα: νερό, αλκοόλες, αμμωνία σε διάλυμα.
Υπάρχουν επίσης ειδικές δομές - όπως υγροί κρύσταλλοι, μη νευτώνεια υγρά, που έχουν ειδικές ιδιότητες.
Θα εξετάσουμε τις βασικές ιδιότητες ενός υγρού που το διακρίνουν από όλες τις άλλες καταστάσεις συσσωμάτωσης. Πρώτα απ 'όλα, αυτά είναι αυτά που συνήθως ονομάζονται σωματικά.
Ιδιότητες υγρών: σχήμα και όγκος
Συνολικά, μπορούμε να διακρίνουμε περίπου 15 χαρακτηριστικά που μας επιτρέπουν να περιγράψουμε ποιες είναι οι εν λόγω ουσίες και ποια είναι η αξία και τα χαρακτηριστικά τους.
Οι πρώτες φυσικές ιδιότητες ενός υγρού που έρχονται στο μυαλό όταν αναφέρουμε αυτήν την κατάσταση συσσωμάτωσης είναι η ικανότητα να αλλάζει σχήμα και να καταλαμβάνει έναν ορισμένο όγκο. Έτσι, για παράδειγμα, αν μιλάμε για τη μορφή υγρών ουσιών, τότε είναι γενικά αποδεκτό να θεωρείται ότι απουσιάζει. Ωστόσο, αυτό δεν ισχύει.
Υπό τη δράση της γνωστής δύναμης της βαρύτητας, σταγόνες ύλης υφίστανται κάποια παραμόρφωση, έτσι το σχήμα τους σπάει και γίνεται αόριστο. Ωστόσο, εάν τοποθετήσετε μια πτώση σε συνθήκες υπό τις οποίες δεν δρα η βαρύτηταή πολύ περιορισμένο, τότε θα πάρει το ιδανικό σχήμα μπάλας. Έτσι, δεδομένου του καθήκοντος: «Ονομάστε τις ιδιότητες των υγρών», ένα άτομο που θεωρεί τον εαυτό του έμπειρο στη φυσική θα πρέπει να αναφέρει αυτό το γεγονός.
Όσον αφορά τον όγκο, εδώ θα πρέπει να σημειώσουμε τις γενικές ιδιότητες των αερίων και των υγρών. Και οι δύο είναι σε θέση να καταλαμβάνουν ολόκληρο τον όγκο του χώρου στον οποίο βρίσκονται, περιοριζόμενοι μόνο από τα τοιχώματα του σκάφους.
Ιξώδες
Οι φυσικές ιδιότητες των υγρών είναι πολύ διαφορετικές. Αλλά ένα από αυτά είναι μοναδικό, όπως το ιξώδες. Τι είναι και πώς ορίζεται; Οι κύριες παράμετροι από τις οποίες εξαρτάται η υπό εξέταση τιμή είναι:
- εφαπτομενικό στρες;
- μετατόπιση ταχύτητας.
Η εξάρτηση των υποδεικνυόμενων τιμών είναι γραμμική. Αν εξηγήσουμε με πιο απλά λόγια, τότε το ιξώδες, όπως και ο όγκος, είναι τέτοιες ιδιότητες υγρών και αερίων που είναι κοινές σε αυτά και συνεπάγονται απεριόριστη κίνηση, ανεξάρτητα από τις εξωτερικές δυνάμεις επιρροής. Δηλαδή, εάν το νερό ρέει έξω από το δοχείο, θα συνεχίσει να το κάνει υπό οποιεσδήποτε επιρροές (βαρύτητα, τριβή και άλλες παραμέτρους).
Αυτό είναι διαφορετικό από τα μη νευτώνεια υγρά, τα οποία είναι πιο παχύρρευστα και μπορούν να αφήσουν πίσω τους τρύπες που γεμίζουν με την πάροδο του χρόνου.
Από τι θα εξαρτάται αυτός ο δείκτης;
- Από θερμοκρασία. Με την αύξηση της θερμοκρασίας, το ιξώδες ορισμένων υγρών αυξάνεται, ενώ άλλων, αντίθετα,μειώνεται. Εξαρτάται από τη συγκεκριμένη ένωση και τη χημική της δομή.
- Από πίεση. Μια αύξηση προκαλεί αύξηση του δείκτη ιξώδους.
- Από τη χημική σύνθεση της ύλης. Το ιξώδες αλλάζει παρουσία ακαθαρσιών και ξένων συστατικών σε δείγμα καθαρής ουσίας.
Θερμοχωρητικότητα
Αυτός ο όρος αναφέρεται στην ικανότητα μιας ουσίας να απορροφά μια ορισμένη ποσότητα θερμότητας για να αυξήσει τη δική της θερμοκρασία κατά ένα βαθμό Κελσίου. Υπάρχουν διαφορετικές συνδέσεις για αυτόν τον δείκτη. Ορισμένα έχουν περισσότερη, άλλα λιγότερη θερμική ικανότητα.
Έτσι, για παράδειγμα, το νερό είναι ένας πολύ καλός συσσωρευτής θερμότητας, που του επιτρέπει να χρησιμοποιείται ευρέως για συστήματα θέρμανσης, μαγείρεμα και άλλες ανάγκες. Γενικά, ο δείκτης θερμοχωρητικότητας είναι αυστηρά ατομικός για κάθε μεμονωμένο υγρό.
Επιφανειακή τάση
Συχνά, έχοντας λάβει την εργασία: "Ονομάστε τις ιδιότητες των υγρών", θυμούνται αμέσως την επιφανειακή τάση. Εξάλλου, τα παιδιά του συστήνονται στα μαθήματα της φυσικής, της χημείας και της βιολογίας. Και κάθε στοιχείο εξηγεί αυτή τη σημαντική παράμετρο από τη δική του πλευρά.
Ο κλασικός ορισμός της επιφανειακής τάσης είναι ο ακόλουθος: είναι ένα όριο φάσης. Δηλαδή, τη στιγμή που το υγρό έχει καταλάβει έναν ορισμένο όγκο, συνορεύει εξωτερικά με ένα αέριο μέσο - αέρα, ατμό ή κάποια άλλη ουσία. Έτσι, ο διαχωρισμός φάσης συμβαίνει στο σημείο επαφής.
Ταυτόχρονα, τα μόρια τείνουν να περιβάλλουν τον εαυτό τους με όσο το δυνατόν περισσότερα σωματίδια και, ως εκ τούτου, οδηγούν, σαν να λέγαμε, σεσυμπίεση του υγρού στο σύνολό του. Επομένως, η επιφάνεια φαίνεται να είναι τεντωμένη. Η ίδια ιδιότητα μπορεί επίσης να εξηγήσει το σφαιρικό σχήμα των σταγονιδίων υγρού απουσία βαρύτητας. Εξάλλου, αυτή η μορφή είναι ιδανική από την άποψη της ενέργειας του μορίου. Παραδείγματα:
- σαπουνόφουσκες;
- βραστό νερό;
- υγρό σταγόνες στην έλλειψη βαρύτητας.
Μερικά έντομα έχουν προσαρμοστεί να «περπατούν» στην επιφάνεια του νερού ακριβώς λόγω επιφανειακής τάσης. Παραδείγματα: υδρόβια πτηνά, υδρόβια πτηνά, μερικές γριές.
Χρώμα
Υπάρχουν κοινές ιδιότητες υγρών και στερεών. Ένα από αυτά είναι η ρευστότητα. Η όλη διαφορά είναι ότι για τους πρώτους είναι απεριόριστο. Ποια είναι η ουσία αυτής της παραμέτρου;
Αν ασκήσετε εξωτερική δύναμη σε ένα υγρό σώμα, αυτό θα χωριστεί σε μέρη και θα τα χωρίσει το ένα από το άλλο, δηλαδή θα ρέει. Σε αυτή την περίπτωση, κάθε μέρος θα γεμίσει ξανά ολόκληρο τον όγκο του δοχείου. Για τα στερεά, αυτή η ιδιότητα είναι περιορισμένη και εξαρτάται από εξωτερικές συνθήκες.
Εξάρτηση ιδιοτήτων από τη θερμοκρασία
Αυτές περιλαμβάνουν τρεις παραμέτρους που χαρακτηρίζουν τις ουσίες που εξετάζουμε:
- υπερθέρμανση;
- ψύξη;
- βράζει.
Τέτοιες ιδιότητες υγρών όπως η υπερθέρμανση και η υποθερμία σχετίζονται άμεσα με τα κρίσιμα σημεία βρασμού και πήξης (σημεία), αντίστοιχα. Ένα υπερθερμασμένο υγρό είναι ένα υγρό που έχει ξεπεράσει το όριο του κρίσιμου σημείου θέρμανσης όταν εκτίθεται σε θερμοκρασία, αλλά δεν έχει δείξει εξωτερικά σημάδια βρασμού.
Supercooled, αντίστοιχα, κλήθηκεένα υγρό που έχει περάσει το κατώφλι του κρίσιμου σημείου μετάβασης σε άλλη φάση υπό την επίδραση χαμηλών θερμοκρασιών, αλλά δεν έχει γίνει στερεό.
Τόσο στην πρώτη όσο και στη δεύτερη περίπτωση, υπάρχουν προϋποθέσεις για την εκδήλωση τέτοιων ιδιοτήτων.
- Χωρίς μηχανικές επιδράσεις στο σύστημα (κίνηση, δόνηση).
- Ομοιόμορφη θερμοκρασία, χωρίς ξαφνικά άλματα και πτώσεις.
Ένα ενδιαφέρον γεγονός είναι ότι εάν ρίξετε ένα ξένο αντικείμενο σε ένα υπερθερμασμένο υγρό (για παράδειγμα, νερό), αυτό θα βράσει αμέσως. Μπορείτε να το πάρετε με θέρμανση υπό την επίδραση της ακτινοβολίας (σε φούρνο μικροκυμάτων).
Συνύπαρξη με άλλες φάσεις της ύλης
Υπάρχουν δύο επιλογές για αυτήν την παράμετρο.
- Υγρό - αέριο. Τέτοια συστήματα είναι τα πιο διαδεδομένα, αφού υπάρχουν παντού στη φύση. Εξάλλου, η εξάτμιση του νερού είναι μέρος του φυσικού κύκλου. Σε αυτή την περίπτωση, ο ατμός που προκύπτει υπάρχει ταυτόχρονα με υγρό νερό. Αν μιλάμε για κλειστό σύστημα, τότε η εξάτμιση συμβαίνει και εκεί. Απλώς, ο ατμός κορεστεί πολύ γρήγορα και ολόκληρο το σύστημα ως σύνολο έρχεται σε ισορροπία: υγρός - κορεσμένος ατμός.
- Υγρό - στερεά. Ειδικά σε τέτοια συστήματα, είναι αξιοσημείωτη μια ακόμη ιδιότητα - η διαβρεξιμότητα. Στην αλληλεπίδραση νερού και ενός στερεού, το τελευταίο μπορεί να διαβραχεί πλήρως, μερικώς ή ακόμα και να απωθεί το νερό. Υπάρχουν ενώσεις που διαλύονται στο νερό γρήγορα και πρακτικά απεριόριστα. Υπάρχουν εκείνοι που δεν είναι καθόλου ικανοί για κάτι τέτοιο (μερικά μέταλλα, διαμάντι και άλλα).
Γενικά, ο κλάδος της υδροαερομηχανικής ασχολείται με τη μελέτη της αλληλεπίδρασης υγρών με ενώσεις σε άλλες καταστάσεις συσσωμάτωσης.
συμπιεστότητα
Οι βασικές ιδιότητες ενός ρευστού θα ήταν ελλιπείς αν δεν αναφέραμε τη συμπιεστότητα. Φυσικά, αυτή η παράμετρος είναι πιο χαρακτηριστική για συστήματα αερίου. Ωστόσο, αυτά που εξετάζουμε μπορούν επίσης να συμπιεστούν υπό ορισμένες συνθήκες.
Η κύρια διαφορά είναι η ταχύτητα της διαδικασίας και η ομοιομορφία της. Ενώ ένα αέριο μπορεί να συμπιεστεί γρήγορα και υπό χαμηλή πίεση, τα υγρά συμπιέζονται ανομοιόμορφα, αρκετά μεγάλο χρονικό διάστημα και κάτω από ειδικά επιλεγμένες συνθήκες.
Εξάτμιση και συμπύκνωση υγρών
Αυτές είναι δύο ακόμη ιδιότητες του υγρού. Η φυσική τους δίνει τις ακόλουθες εξηγήσεις:
- Εξάτμιση είναι η διαδικασία που χαρακτηρίζει τη σταδιακή μετάβαση μιας ουσίας από μια υγρή κατάσταση συσσωμάτωσης σε μια στερεή κατάσταση. Αυτό συμβαίνει υπό την επίδραση θερμικών επιδράσεων στο σύστημα. Τα μόρια αρχίζουν να κινούνται και, αλλάζοντας το κρυσταλλικό τους πλέγμα, περνούν σε αέρια κατάσταση. Η διαδικασία μπορεί να συνεχιστεί έως ότου όλο το υγρό μετατραπεί σε ατμό (για ανοιχτά συστήματα). Ή μέχρι να επιτευχθεί ισορροπία (για κλειστά αγγεία).
- Η συμπύκνωση είναι μια διαδικασία αντίθετη από αυτή που υποδεικνύεται παραπάνω. Εδώ ο ατμός περνά σε υγρά μόρια. Αυτό συμβαίνει μέχρι να δημιουργηθεί μια ισορροπία ή μια πλήρης μετάβαση φάσης. Ο ατμός απελευθερώνει περισσότερα σωματίδια στο υγρό από ό,τι σε αυτό.
Τυπικά παραδείγματα αυτών των δύο διεργασιών στη φύση είναι η εξάτμιση του νερού από την επιφάνεια του Παγκόσμιου Ωκεανού, η συμπύκνωση του σεανώτερη ατμόσφαιρα και μετά πτώση.
Μηχανικές ιδιότητες ρευστού
Αυτές οι ιδιότητες είναι το αντικείμενο μελέτης μιας τέτοιας επιστήμης όπως η υδρομηχανική. Συγκεκριμένα, το τμήμα του, η θεωρία της μηχανικής ρευστών και αερίων. Οι κύριες μηχανικές παράμετροι που χαρακτηρίζουν την εξεταζόμενη κατάσταση συσσωμάτωσης των ουσιών περιλαμβάνουν:
- πυκνότητα;
- κοινή χρήση;
- ιξώδες.
Κάτω από την πυκνότητα ενός υγρού σώματος κατανοήστε τη μάζα του, η οποία περιέχεται σε μία μονάδα όγκου. Αυτός ο δείκτης ποικίλλει για διαφορετικές ενώσεις. Υπάρχουν ήδη υπολογισμένα και πειραματικά μετρημένα δεδομένα για αυτόν τον δείκτη, τα οποία καταχωρίζονται σε ειδικούς πίνακες.
Ειδικό βάρος θεωρείται το βάρος μιας μονάδας όγκου υγρού. Αυτός ο δείκτης εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τη θερμοκρασία (καθώς αυξάνεται, το βάρος του μειώνεται).
Γιατί να μελετήσουμε τις μηχανικές ιδιότητες των υγρών; Αυτή η γνώση είναι σημαντική για την κατανόηση των διεργασιών που συμβαίνουν στη φύση, μέσα στο ανθρώπινο σώμα. Επίσης κατά τη δημιουργία τεχνικών μέσων, διάφορα προϊόντα. Εξάλλου, οι υγρές ουσίες είναι μια από τις πιο κοινές μορφές συσσωματωμάτων στον πλανήτη μας.
Μη νευτώνεια ρευστά και οι ιδιότητές τους
Οι ιδιότητες των αερίων, υγρών, στερεών αποτελούν αντικείμενο μελέτης της φυσικής, καθώς και ορισμένων σχετικών κλάδων. Ωστόσο, εκτός από τις παραδοσιακές υγρές ουσίες, υπάρχουν και οι λεγόμενες μη Νευτώνειες, τις οποίες επίσης μελετά αυτή η επιστήμη. Τι είναι και γιατί πήρανποιος είναι ο τίτλος;
Για να καταλάβετε ποιες είναι αυτές οι ενώσεις, ακολουθούν τα πιο συνηθισμένα οικιακά παραδείγματα:
- "Slime" που παίζεται από παιδιά;
- "τσίχλα χεριών", ή τσίχλα για τα χέρια;
- κανονική βαφή κατασκευής;
- διάλυμα αμύλου σε νερό, κ.λπ.
Δηλαδή, πρόκειται για υγρά των οποίων το ιξώδες υπακούει στη διαβάθμιση της ταχύτητας. Όσο πιο γρήγορη είναι η κρούση, τόσο υψηλότερος είναι ο δείκτης ιξώδους. Επομένως, όταν μια τσίχλα χτυπά στο πάτωμα με ένα απότομο χτύπημα, μετατρέπεται σε μια εντελώς στερεή ουσία που μπορεί να σπάσει σε κομμάτια.
Αν το αφήσετε ήσυχο, τότε σε λίγα λεπτά θα απλωθεί σε μια κολλώδη λακκούβα. Τα μη νευτώνεια υγρά είναι πολύ μοναδικές ουσίες ως προς τις ιδιότητές τους, οι οποίες έχουν χρησιμοποιηθεί όχι μόνο για τεχνικούς σκοπούς, αλλά και για πολιτιστικούς και καθημερινούς σκοπούς.
