Ismert, hogy minden, ami az embert körülveszi, beleértve őt magát is, anyagokból álló test. Ezek pedig molekulákból épülnek fel, utóbbiak atomokból, és még kisebb szerkezetekből. A környező sokszínűség azonban olyan nagy, hogy még valamiféle közösséget is nehéz elképzelni. És van. A vegyületek száma milliós nagyságrendű, tulajdonságaiban, szerkezetében és szerepében mindegyik egyedi. Összességében több fázisállapotot különböztetnek meg, amelyek szerint minden anyag korrelálható.
Az anyag halmazállapotai
Négy lehetőség van a vegyületek aggregált állapotára.
- Gázok.
- Szilárd.
- Folyadékok.
- A plazma nagyon ritka ionizált gázok.
Ebben a cikkben megvizsgáljuk a folyadékok tulajdonságait, szerkezeti jellemzőit és lehetséges teljesítményparamétereit.
A folyékony testek osztályozása
Ez a felosztás a folyadékok tulajdonságain, szerkezetükön és kémiai szerkezetükön, valamint a vegyületet alkotó részecskék közötti kölcsönhatások típusán alapul.
- Olyan folyadékok, amelyek a Van der Waals erők által összetartott atomokból állnak. Ilyenek például a folyékony gázok (argon, metán és mások).
- Két azonos atomból álló anyagok. Példák: cseppfolyósított gázok – hidrogén, nitrogén, oxigén és mások.
- Folyékony fémek – higany.
- Kovalens poláris kötésekkel összekapcsolt elemekből álló anyagok. Példák: hidrogén-klorid, hidrogén-jodid, hidrogén-szulfid és mások.
- Vegyületek, amelyekben hidrogénkötések vannak jelen. Példák: víz, alkoholok, ammónia oldatban.
Léteznek speciális szerkezetek is – például folyadékkristályok, nem newtoni folyadékok, amelyek különleges tulajdonságokkal rendelkeznek.
Megvizsgáljuk a folyadék alapvető tulajdonságait, amelyek megkülönböztetik az összes többi aggregációs állapottól. Először is ezek azok, amelyeket általában fizikainak neveznek.
A folyadékok tulajdonságai: alak és térfogat
Összesen körülbelül 15 jellemzőt lehet megkülönböztetni, amelyek lehetővé teszik számunkra, hogy leírjuk, melyek a kérdéses anyagok, és mi az értékük és jellemzőik.
A folyadékok legelső fizikai tulajdonságai, amelyek az aggregációs állapot említésekor eszünkbe jutnak, az a képesség, hogy megváltoztatják az alakját és elfoglalnak egy bizonyos térfogatot. Tehát például, ha a folyékony anyagok formájáról beszélünk, akkor általánosan elfogadott, hogy hiányzik. Ez azonban nem így van.
A jól ismert gravitációs erő hatására az anyagcseppek némi deformáción mennek keresztül, így alakjuk megtörik és határozatlanná válik. Ha azonban olyan körülményeket helyezünk el, amelyek között a gravitáció nem működikvagy erősen korlátozott, akkor ideális labdaformát ölt. Így a „Nevezze meg a folyadékok tulajdonságait” feladatot a fizikában jártasnak gondoló személynek meg kell említenie ezt a tényt.
A térfogatot illetően itt meg kell jegyeznünk a gázok és folyadékok általános tulajdonságait. Mindkettő képes elfoglalni a teljes teret, amelyben vannak, és csak az edény falai korlátozzák.
Viszkozitás
A folyadékok fizikai tulajdonságai nagyon változatosak. De az egyik egyedi, például a viszkozitás. Mi ez és hogyan határozzák meg? A fő paraméterek, amelyektől a vizsgált érték függ:
- tangenciális stressz;
- mozgási sebesség gradiens.
A feltüntetett értékek függése lineáris. Ha egyszerűbb szavakkal magyarázzuk, akkor a viszkozitás, akárcsak a térfogat, a folyadékok és gázok olyan tulajdonságai, amelyek közösek, és korlátlan mozgást jelentenek, függetlenül a külső hatásoktól. Azaz, ha a víz kifolyik az edényből, az továbbra is kifolyik bármilyen hatás (gravitáció, súrlódás és egyéb paraméterek) hatására.
Ez eltér a nem newtoni folyadékoktól, amelyek viszkózusabbak, és lyukakat hagyhatnak maguk mögött, amelyek idővel megtelnek.
Mitől fog függni ez a mutató?
- A hőmérséklettől. A hőmérséklet emelkedésével egyes folyadékok viszkozitása nő, míg mások ellenkezőleg,csökken. Ez az adott vegyülettől és kémiai szerkezetétől függ.
- A nyomástól. A növekedés növeli a viszkozitási indexet.
- Az anyag kémiai összetételéből. A viszkozitás megváltozik szennyeződések és idegen komponensek jelenlétében egy tiszta anyag mintájában.
Hőkapacitás
Ez a kifejezés egy anyag azon képességére vonatkozik, hogy elnyel egy bizonyos mennyiségű hőt, hogy saját hőmérsékletét egy Celsius-fokkal növelje. Ehhez a mutatóhoz különböző csatlakozások vannak. Némelyiknek nagyobb, másoknak kisebb a hőkapacitása.
Így például a víz nagyon jó hőtároló, ami lehetővé teszi széles körben történő felhasználását fűtési rendszerekben, főzéshez és egyéb igényekhez. Általánosságban elmondható, hogy a hőkapacitási index szigorúan egyedi minden egyes folyadék esetében.
Felületi feszültség
Gyakran a „Nevezd meg a folyadékok tulajdonságait” feladatot követően azonnal felidézik a felületi feszültséget. Hiszen a gyerekek fizika, kémia és biológia órákon ismerkednek meg vele. És mindegyik elem a saját oldaláról magyarázza ezt a fontos paramétert.
A felületi feszültség klasszikus meghatározása a következő: ez egy fázishatár. Ez azt jelenti, hogy abban az időben, amikor a folyadék elfogl alt egy bizonyos térfogatot, kívülről határos gáznemű közeggel - levegővel, gőzzel vagy más anyaggal. Így a fázisszétválás az érintkezési ponton történik.
Ugyanakkor a molekulák hajlamosak arra, hogy a lehető legtöbb részecskével vegyék körül magukat, és így mintegy ólomhoz jussanak.a folyadék egészének összenyomása. Ezért a felület megfeszültnek tűnik. Ugyanez a tulajdonság magyarázhatja a folyadékcseppek gömb alakú alakját is gravitáció hiányában. Végül is ez a forma az ideális a molekula energiája szempontjából. Példák:
- szappanbuborékok;
- forraló víz;
- folyadékcseppek a súlytalanságban.
Egyes rovarok pontosan a felületi feszültség miatt alkalmazkodtak a víz felszínén való "séta"-hoz. Példák: vízi lépegetők, vízimadarak, néhány faj.
Színes
A folyadékoknak és szilárd anyagoknak vannak közös tulajdonságai. Az egyik a folyékonyság. Az egész különbség az, hogy az előbbiek számára korlátlan. Mi ennek a paraméternek a lényege?
Ha egy folyékony testre külső erőt fejt ki, az részekre szakad és elválik egymástól, vagyis folyni fog. Ebben az esetben mindegyik rész újra kitölti az edény teljes térfogatát. Szilárd anyagok esetében ez a tulajdonság korlátozott, és a külső körülményektől függ.
Tulajdonságok függése a hőmérséklettől
Ezek három olyan paramétert tartalmaznak, amelyek az általunk vizsgált anyagokat jellemzik:
- túlmelegedés;
- hűtés;
- forr.
A folyadékok olyan tulajdonságai, mint a túlhevülés és a hipotermia, közvetlenül összefüggenek a kritikus forrásponttal, illetve fagyásponttal (pontokkal). A túlmelegedett folyadék olyan folyadék, amely túllépte a kritikus fűtési pont küszöbét, amikor hőmérsékletnek van kitéve, de nem mutatott külső forráspontot.
Túlhűtött, illolyan folyadék, amely alacsony hőmérséklet hatására átlépte a másik fázisba való átmenet kritikus pontjának küszöbét, de nem vált szilárdvá.
Az első és a második esetben is megvannak a feltételei az ilyen tulajdonságok megnyilvánulásának.
- Nincs mechanikai hatás a rendszerre (mozgás, rezgés).
- Egyenletes hőmérséklet, hirtelen ugrások és esések nélkül.
Érdekes tény, hogy ha túlhevített folyadékba (például vízbe) dob egy idegen tárgyat, az azonnal felforr. Sugárzás hatására melegítéssel (mikrohullámú sütőben) kaphatod.
Együttélés az anyag más fázisaival
Két lehetőség van ehhez a paraméterhez.
- Folyadék – gáz. Az ilyen rendszerek a legelterjedtebbek, mivel a természetben mindenhol megtalálhatók. Hiszen a víz elpárolgása a természetes körforgás része. Ebben az esetben a keletkező gőz a folyékony vízzel egyidejűleg létezik. Ha zárt rendszerről beszélünk, akkor ott is párolgás történik. Csak a gőz nagyon gyorsan telítődik, és az egész rendszer egyensúlyba kerül: folyékony - telített gőz.
- Folyadék – szilárd anyagok. Különösen az ilyen rendszereken még egy tulajdonság figyelhető meg - a nedvesíthetőség. A víz és a szilárd anyag kölcsönhatásában az utóbbi teljesen, részben nedvesítheti, vagy akár taszíthatja is a vizet. Vannak olyan vegyületek, amelyek gyorsan és gyakorlatilag korlátlanul oldódnak vízben. Vannak, akik erre egyáltalán nem képesek (egyes fémek, gyémánt és mások).
Általában a hidroaeromechanika tudománya a folyadékok más aggregációs állapotú vegyületekkel való kölcsönhatásának vizsgálatával foglalkozik.
Tömöríthetőség
A folyadék alapvető tulajdonságai hiányosak lennének, ha nem említenénk az összenyomhatóságot. Természetesen ez a paraméter inkább a gázrendszerekre jellemző. Az általunk fontolóra vettek azonban bizonyos feltételek mellett tömöríthetők is.
A fő különbség a folyamat sebességében és egyenletességében rejlik. Míg a gáz gyorsan és alacsony nyomáson is összenyomható, a folyadékok egyenetlenül, kellően hosszan és speciálisan kiválasztott körülmények között préselődnek.
A folyadékok párolgása és kondenzációja
Ez a folyadék további két tulajdonsága. A fizika a következő magyarázatokat adja nekik:
- A párolgás az a folyamat, amely az anyag fokozatos átmenetét jellemzi a folyékony halmazállapotból szilárd halmazállapotba. Ez a rendszert érő hőhatások hatására történik. A molekulák elkezdenek mozogni, és kristályrácsukat megváltoztatva gáz halmazállapotúvá válnak. A folyamat addig folytatható, amíg az összes folyadék gőzzé nem alakul (nyitott rendszerek esetén). Vagy amíg be nem áll az egyensúly (zárt edények esetén).
- A kondenzáció a fent jelzett folyamattal ellentétes folyamat. Itt a gőz folyékony molekulákba megy át. Ez addig történik, amíg az egyensúly vagy a teljes fázisátalakulás létre nem jön. A gőz több részecskét bocsát ki a folyadékba, mint abba.
A természetben e két folyamat tipikus példája a víz elpárolgása a Világóceán felszínéről, annak kondenzációjafelső légkör, majd a csapadék.
A folyadék mechanikai tulajdonságai
Ezek a tulajdonságok olyan tudományok tárgyát képezik, mint a hidromechanika. Pontosabban a szakasza, a folyadék- és gázmechanika elmélete. Az anyagok figyelembe vett aggregációs állapotát jellemző fő mechanikai paraméterek a következők:
- sűrűség;
- megosztás;
- viszkozitás.
A folyékony test sűrűsége alatt értse meg a tömegét, amelyet egy térfogategység tartalmaz. Ez a mutató a különböző vegyületeknél eltérő. Erre a mutatóra már léteznek számított és kísérletileg mért adatok, amelyeket speciális táblázatokba kell beírni.
A fajsúly a folyadék térfogategységének tömege. Ez a mutató nagymértékben függ a hőmérséklettől (ahogy emelkedik, a súlya csökken).
Miért tanulmányozzuk a folyadékok mechanikai tulajdonságait? Ezek az ismeretek fontosak a természetben, az emberi szervezetben zajló folyamatok megértéséhez. Technikai eszközök, különféle termékek létrehozásakor is. Végül is a folyékony anyagok bolygónkon az egyik leggyakoribb aggregált formák.
Nem newtoni folyadékok és tulajdonságaik
A gázok, folyadékok, szilárd anyagok tulajdonságai a fizika, valamint néhány kapcsolódó tudományág tanulmányozásának tárgya. A hagyományos folyékony anyagok mellett azonban léteznek úgynevezett nem-newtoni anyagok is, amelyeket szintén ez a tudomány vizsgál. Mik ezek és miért kaptákmi a címe?
Ahhoz, hogy megértsük, melyek ezek a vegyületek, íme a leggyakoribb háztartási példák:
- „Slime” gyerekek által játszott;
- "kézgumi", vagy rágógumi kézre;
- normál építési festék;
- keményítő vizes oldata stb.
Azaz olyan folyadékokról van szó, amelyek viszkozitása engedelmeskedik a sebességgradiensnek. Minél gyorsabb az ütés, annál nagyobb a viszkozitási index. Ezért ha egy kézi fogíny egy éles ütéssel a padlót éri, teljesen szilárd anyaggá válik, amely darabokra törhet.
Ha békén hagyod, néhány percen belül ragacsos tócsává fog szétterülni. A nem newtoni folyadékok tulajdonságaikat tekintve egészen egyedi anyagok, amelyeket nem csak műszaki, hanem kulturális és mindennapi célokra is használtak.
