Poznato je da su sve što okružuje osobu, uključujući i njega samog, tijela koja se sastoje od tvari. One su pak građene od molekula, potonje od atoma, a iz još manjih struktura. Međutim, okolna raznolikost je tolika da je teško zamisliti čak i nekakvu zajedničkost. I postoji. Spojevi se broje u milijunima, svaki od njih je jedinstven po svojstvima, strukturi i ulozi. Ukupno se razlikuje nekoliko faznih stanja prema kojima se sve tvari mogu korelirati.
Stanje stvari
Postoje četiri opcije za agregatno stanje spojeva.
- Plinovi.
- Solids.
- tekućine.
- Plazma je visoko razrijeđeni ionizirani plinovi.
U ovom članku razmotrit ćemo svojstva tekućina, njihove strukturne značajke i moguće parametre izvedbe.
Klasifikacija tekućih tijela
Ova se podjela temelji na svojstvima tekućina, njihovoj strukturi i kemijskoj strukturi, kao i vrstama interakcija između čestica koje čine spoj.
- Takve tekućine koje se sastoje od atoma koje zajedno drže Van der Waalsove sile. Primjeri su tekući plinovi (argon, metan i drugi).
- Tvari koje se sastoje od dva identična atoma. Primjeri: ukapljeni plinovi - vodik, dušik, kisik i drugi.
- Tekući metali - živa.
- Tvari koje se sastoje od elemenata povezanih kovalentnim polarnim vezama. Primjeri: klorovodik, jodid vodik, sumporovodik i drugi.
- Spojevi u kojima su prisutne vodikove veze. Primjeri: voda, alkoholi, amonijak u otopini.
Postoje i posebne strukture - kao što su tekući kristali, ne-Newtonove tekućine, koje imaju posebna svojstva.
Razmatrat ćemo osnovna svojstva tekućine koja je razlikuju od svih ostalih agregacijskih stanja. Prije svega, to su oni koji se obično nazivaju fizičkim.
Svojstva tekućina: oblik i volumen
Ukupno se može razlikovati oko 15 karakteristika koje nam omogućuju da opišemo koje su tvari o kojima je riječ i koja je njihova vrijednost i svojstva.
Prva fizička svojstva tekućine koja padaju na pamet pri spomenu ovog agregacijskog stanja je sposobnost mijenjanja oblika i zauzimanja određenog volumena. Tako, na primjer, ako govorimo o obliku tekućih tvari, onda je općenito prihvaćeno smatrati ga odsutnim. Međutim, to nije slučaj.
Pod djelovanjem dobro poznate sile gravitacije, kapljice materije prolaze kroz određenu deformaciju, pa se njihov oblik lomi i postaje neodređen. Međutim, ako stavite pad u uvjete pod kojima gravitacija ne djelujeili jako ograničen, tada će poprimiti idealan oblik lopte. Dakle, s obzirom na zadatak: "Imenujte svojstva tekućina", osoba koja se smatra dobro upućenom u fiziku treba spomenuti ovu činjenicu.
Što se tiče volumena, ovdje treba napomenuti opća svojstva plinova i tekućina. Obje su u stanju zauzeti cijeli volumen prostora u kojem se nalaze, ograničen samo zidovima posude.
Viskoznost
Fizička svojstva tekućina su vrlo raznolika. Ali jedan od njih je jedinstven, kao što je viskoznost. Što je to i kako se definira? Glavni parametri o kojima ovisi vrijednost koja se razmatra su:
- tangencijalno naprezanje;
- gradijent brzine kretanja.
Zavisnost navedenih vrijednosti je linearna. Ako objasnimo jednostavnijim riječima, onda su viskoznost, kao i volumen, takva svojstva tekućina i plinova koja su im zajednička i podrazumijevaju neograničeno kretanje, bez obzira na vanjske sile utjecaja. Odnosno, ako voda istječe iz posude, to će nastaviti činiti pod bilo kakvim utjecajima (gravitacija, trenje i drugi parametri).
Ovo se razlikuje od ne-Newtonovih tekućina, koje su viskoznije i mogu ostaviti rupe iza sebe koje se s vremenom pune.
O čemu će ovisiti ovaj pokazatelj?
- Od temperature. S povećanjem temperature, viskoznost nekih tekućina raste, dok druge, naprotiv,smanjuje se. Ovisi o specifičnom spoju i njegovoj kemijskoj strukturi.
- Od pritiska. Povećanje uzrokuje povećanje indeksa viskoznosti.
- Iz kemijskog sastava materije. Promjene viskoznosti u prisutnosti nečistoća i stranih komponenti u uzorku čiste tvari.
Kapacitet topline
Ovaj se izraz odnosi na sposobnost tvari da apsorbira određenu količinu topline kako bi povećala vlastitu temperaturu za jedan stupanj Celzijusa. Postoje različite veze za ovaj indikator. Neki imaju veći, drugi manji toplinski kapacitet.
Tako je, na primjer, voda vrlo dobar akumulator topline, što joj omogućuje široku primjenu za sustave grijanja, kuhanja i druge potrebe. Općenito, indeks toplinskog kapaciteta je strogo individualan za svaku pojedinu tekućinu.
Površinska napetost
Često, nakon što dobiju zadatak: "Imenujte svojstva tekućina", odmah se prisjete površinske napetosti. Uostalom, djeca se upoznaju s njim na satovima fizike, kemije i biologije. I svaka stavka objašnjava ovaj važan parametar sa svoje strane.
Klasična definicija površinske napetosti je sljedeća: to je fazna granica. Odnosno, u trenutku kada je tekućina zauzela određeni volumen, izvana graniči s plinovitim medijem - zrakom, parom ili nekom drugom tvari. Stoga se razdvajanje faza događa na mjestu kontakta.
U isto vrijeme, molekule se nastoje okružiti sa što je moguće više čestica i tako, takoreći, dovesti dokomprimiranje tekućine u cjelini. Stoga se čini da je površina rastegnuta. Isto svojstvo može objasniti i sferni oblik kapljica tekućine u odsutnosti gravitacije. Uostalom, upravo je ovaj oblik idealan s gledišta energije molekule. Primjeri:
- mjehurići sapunice;
- kipuća voda;
- tekućina pada u bestežinskom stanju.
Neki kukci prilagodili su se "hodu" po površini vode upravo zbog površinske napetosti. Primjeri: vodoskoci, vodene ptice, neke ličinke.
Boja
Postoje zajednička svojstva tekućina i krutih tvari. Jedna od njih je fluidnost. Cijela razlika je u tome što je za prve neograničena. Koja je bit ovog parametra?
Ako na tekuće tijelo primijenite vanjsku silu, ono će se podijeliti na dijelove i odvojiti ih jedno od drugog, odnosno teći. U tom će slučaju svaki dio ponovno ispuniti cijeli volumen posude. Za krute tvari ovo je svojstvo ograničeno i ovisi o vanjskim uvjetima.
Ovisnost svojstava o temperaturi
To uključuje tri parametra koji karakteriziraju tvari koje razmatramo:
- pregrijati;
- hlađenje;
- vranje.
Svojstva tekućina kao što su pregrijavanje i hipotermija izravno su povezana s kritičnim točkama ključanja i smrzavanja (točkama). Pregrijana tekućina je tekućina koja je prešla prag kritične točke zagrijavanja kada je izložena temperaturi, ali nije pokazala vanjske znakove ključanja.
Supercooled, odnosno, pozvantekućina koja je pod utjecajem niskih temperatura prešla prag kritične točke prijelaza u drugu fazu, ali nije postala krutina.
I u prvom i u drugom slučaju postoje uvjeti za ispoljavanje takvih svojstava.
- Nema mehaničkih učinaka na sustav (kretanje, vibracije).
- Ujednačena temperatura, bez naglih skokova i padova.
Zanimljiva je činjenica da ako strani predmet bacite u pregrijanu tekućinu (na primjer, vodu), on će odmah zakuhati. Možete ga dobiti zagrijavanjem pod utjecajem zračenja (u mikrovalnoj pećnici).
Suživot s drugim fazama materije
Postoje dvije opcije za ovaj parametar.
- Tekućina - plin. Takvi su sustavi najrašireniji jer postoje posvuda u prirodi. Uostalom, isparavanje vode dio je prirodnog ciklusa. U tom slučaju, nastala para postoji istodobno s tekućom vodom. Ako govorimo o zatvorenom sustavu, tada se i tamo događa isparavanje. Samo para postaje zasićena vrlo brzo i cijeli sustav u cjelini dolazi u ravnotežu: tekućina - zasićena para.
- Tekućina - krute tvari. Pogotovo na takvim sustavima primjetno je još jedno svojstvo - vlaženje. U interakciji vode i krutine, potonja se može navlažiti u potpunosti, djelomično ili čak odbijati vodu. Postoje spojevi koji se brzo i praktički neograničeno otapaju u vodi. Ima onih koji za to uopće nisu sposobni (neki metali, dijamant i drugi).
Općenito, disciplina hidroaeromehanike bavi se proučavanjem interakcije tekućina sa spojevima u drugim agregacijskim stanjima.
Kompresibilnost
Osnovna svojstva tekućine bila bi nepotpuna da ne spomenemo kompresibilnost. Naravno, ovaj parametar je tipičniji za plinske sustave. Međutim, oni koje razmatramo također se mogu komprimirati pod određenim uvjetima.
Glavna razlika je brzina procesa i njegova ujednačenost. Dok se plin može komprimirati brzo i pod niskim tlakom, tekućine se komprimiraju neravnomjerno, dovoljno dugo i pod posebno odabranim uvjetima.
Isparavanje i kondenzacija tekućina
Ovo su još dva svojstva tekućine. Fizika im daje sljedeća objašnjenja:
- Evaporacija je proces koji karakterizira postupni prijelaz tvari iz tekućeg agregacijskog stanja u čvrsto stanje. To se događa pod utjecajem toplinskih učinaka na sustav. Molekule se počinju kretati i, mijenjajući svoju kristalnu rešetku, prelaze u plinovito stanje. Proces se može nastaviti sve dok se sva tekućina ne pretvori u paru (za otvorene sustave). Ili dok se ne uspostavi ravnoteža (za zatvorene posude).
- Kondenzacija je proces suprotan gore navedenom. Ovdje para prelazi u molekule tekućine. To se događa sve dok se ne uspostavi ravnoteža ili potpuni fazni prijelaz. Para ispušta više čestica u tekućinu nego u nju.
Tipični primjeri ova dva procesa u prirodi su isparavanje vode s površine Svjetskog oceana, njezina kondenzacija ugornja atmosfera, a zatim ispadi.
Mehanička svojstva tekućine
Ova svojstva su predmet proučavanja takve znanosti kao što je hidromehanika. Točnije, njegov dio, teorija mehanike fluida i plina. Glavni mehanički parametri koji karakteriziraju razmatrano stanje agregacije tvari uključuju:
- gustoća;
- dijeli;
- viskoznost.
Pod gustoćom tekućeg tijela razumjeti njegovu masu, koja je sadržana u jednoj jedinici volumena. Ovaj pokazatelj varira za različite spojeve. Već postoje izračunati i eksperimentalno izmjereni podaci o ovom pokazatelju, koji se unose u posebne tablice.
Specifična težina se smatra težinom jedne jedinice volumena tekućine. Ovaj pokazatelj uvelike ovisi o temperaturi (kako raste, njegova se težina smanjuje).
Zašto proučavati mehanička svojstva tekućina? Ovo znanje važno je za razumijevanje procesa koji se odvijaju u prirodi, unutar ljudskog tijela. Također pri izradi tehničkih sredstava, raznih proizvoda. Uostalom, tekuće tvari su jedan od najčešćih agregatnih oblika na našem planetu.
Newtonove tekućine i njihova svojstva
Svojstva plinova, tekućina, čvrstih tijela predmet su proučavanja fizike, kao i nekih srodnih disciplina. No, osim tradicionalnih tekućih tvari, postoje i takozvane nenjutonovske, koje također proučava ova znanost. Što su i zašto su dobilikoji je naslov?
Da biste razumjeli što su ti spojevi, evo najčešćih primjera kućanstva:
- "Slime" koju igraju djeca;
- "guma za ruke", ili žvakaća guma za ruke;
- obična građevinska boja;
- otopina škroba u vodi, itd.
To jest, to su tekućine čija viskoznost podliježe gradijentu brzine. Što je udar brži, to je veći indeks viskoznosti. Stoga, kada žvakaća guma udari o pod oštrim udarcem, pretvara se u potpuno čvrstu tvar koja se može raspasti u komadiće.
Ako ga ostavite na miru, onda će se za samo nekoliko minuta raširiti u ljepljivu lokvicu. Nenjutonovske tekućine prilično su jedinstvene tvari u pogledu svojih svojstava, koje su korištene ne samo u tehničke, već iu kulturne i svakodnevne svrhe.
