Je známe, že všetko, čo človeka obklopuje, vrátane jeho samého, sú telá pozostávajúce z látok. Tie sú zase postavené z molekúl, tie druhé z atómov a sú z ešte menších štruktúr. Okolitá rozmanitosť je však taká veľká, že je ťažké si predstaviť čo i len nejakú spoločnú. A existuje. Zlúčeniny sa počítajú na milióny, každá z nich je jedinečná svojimi vlastnosťami, štruktúrou a úlohou. Celkovo sa rozlišuje niekoľko fázových stavov, podľa ktorých možno všetky látky korelovať.
Stav hmoty
Sú štyri možnosti agregovaného stavu zlúčenín.
- Plyny.
- Solids.
- Kvapaliny.
- Plazma je vysoko riedky ionizovaný plyn.
V tomto článku zvážime vlastnosti kvapalín, ich štrukturálne vlastnosti a možné výkonové parametre.
Klasifikácia tekutých telies
Toto rozdelenie je založené na vlastnostiach kvapalín, ich štruktúre a chemickej štruktúre, ako aj na typoch interakcií medzi časticami, ktoré tvoria zlúčeninu.
- Takéto kvapaliny, ktoré pozostávajú z atómov držaných pohromade Van der Waalsovými silami. Príkladom sú kvapalné plyny (argón, metán a iné).
- Látky, ktoré pozostávajú z dvoch rovnakých atómov. Príklady: skvapalnené plyny – vodík, dusík, kyslík a iné.
- Tekuté kovy – ortuť.
- Látky pozostávajúce z prvkov spojených kovalentnými polárnymi väzbami. Príklady: chlorovodík, jodovodík, sírovodík a iné.
- Zlúčeniny, v ktorých sú prítomné vodíkové väzby. Príklady: voda, alkoholy, amoniak v roztoku.
Existujú aj špeciálne štruktúry – napríklad tekuté kryštály, nenewtonské kvapaliny, ktoré majú špeciálne vlastnosti.
Budeme uvažovať o základných vlastnostiach kvapaliny, ktoré ju odlišujú od všetkých ostatných stavov agregácie. V prvom rade sú to tie, ktoré sa bežne nazývajú fyzické.
Vlastnosti tekutín: tvar a objem
Celkovo možno rozlíšiť asi 15 charakteristík, ktoré nám umožňujú opísať, o aké látky ide, aká je ich hodnota a vlastnosti.
Úplne prvé fyzikálne vlastnosti kvapaliny, ktoré vám napadnú pri zmienke o tomto stave agregácie, je schopnosť meniť tvar a zaberať určitý objem. Takže napríklad, ak hovoríme o forme kvapalných látok, potom je všeobecne akceptované považovať ju za neprítomnú. Toto však nie je tento prípad.
Pôsobením dobre známej gravitačnej sily sa kvapky hmoty deformujú, takže ich tvar sa zlomí a stane sa neurčitým. Ak však umiestnite pokles do podmienok, v ktorých gravitácia nepôsobíalebo výrazne obmedzené, potom nadobudne ideálny tvar lopty. Preto pri zadaní úlohy: „Pomenujte vlastnosti kvapalín“by mal človek, ktorý sa považuje za znalého fyziky, spomenúť túto skutočnosť.
Pokiaľ ide o objem, tu by sme si mali všimnúť všeobecné vlastnosti plynov a kvapalín. Obaja sú schopní zaberať celý objem priestoru, v ktorom sa nachádzajú, obmedzený iba stenami plavidla.
Viskozita
Fyzikálne vlastnosti kvapalín sú veľmi rôznorodé. Ale jeden z nich je jedinečný, napríklad viskozita. Čo to je a ako je to definované? Hlavné parametre, od ktorých závisí uvažovaná hodnota, sú:
- tangenciálny stres;
- gradient pohyblivej rýchlosti.
Závislosť uvedených hodnôt je lineárna. Ak to vysvetlíme jednoduchšími slovami, potom viskozita, podobne ako objem, sú také vlastnosti kvapalín a plynov, ktoré sú im spoločné a znamenajú neobmedzený pohyb bez ohľadu na vonkajšie sily vplyvu. To znamená, že ak voda vyteká z nádoby, bude to robiť aj naďalej pri akýchkoľvek vplyvoch (gravitácia, trenie a iné parametre).
Toto sa líši od nenewtonských kvapalín, ktoré sú viskóznejšie a môžu za sebou zanechať diery, ktoré sa časom zaplnia.
Od čoho bude tento ukazovateľ závisieť?
- Od teploty. So zvyšujúcou sa teplotou sa viskozita niektorých kvapalín zvyšuje, zatiaľ čo iné, naopak,klesá. Závisí to od konkrétnej zlúčeniny a jej chemickej štruktúry.
- Od tlaku. Zvýšenie spôsobuje zvýšenie indexu viskozity.
- Z chemického zloženia hmoty. Viskozita sa mení v prítomnosti nečistôt a cudzích zložiek vo vzorke čistej látky.
Tepelná kapacita
Tento výraz sa vzťahuje na schopnosť látky absorbovať určité množstvo tepla, aby sa zvýšila jej vlastná teplota o jeden stupeň Celzia. Pre tento indikátor existujú rôzne pripojenia. Niektoré majú väčšiu, iné menšiu tepelnú kapacitu.
Napríklad voda je veľmi dobrý akumulátor tepla, čo umožňuje jej široké využitie pre vykurovacie systémy, varenie a iné potreby. Vo všeobecnosti je index tepelnej kapacity prísne individuálny pre každú jednotlivú kvapalinu.
Povrchové napätie
Často si po zadaní úlohy: „Pomenujte vlastnosti kvapalín“okamžite vybavia povrchové napätie. Veď deti sa s ním zoznamujú na hodinách fyziky, chémie a biológie. A každá položka vysvetľuje tento dôležitý parameter zo svojej vlastnej strany.
Klasická definícia povrchového napätia je nasledujúca: ide o fázovú hranicu. To znamená, že v čase, keď kvapalina zaberá určitý objem, hraničí zvonku s plynným médiom - vzduchom, parou alebo nejakou inou látkou. V mieste kontaktu teda dochádza k oddeleniu fáz.
Zároveň majú molekuly tendenciu obklopovať sa čo najväčším počtom častíc, a teda viesť, ako to bolo, kstláčanie tekutiny ako celku. Preto sa zdá, že povrch je natiahnutý. Rovnaká vlastnosť môže tiež vysvetliť sférický tvar kvapiek kvapaliny v neprítomnosti gravitácie. Veď práve táto forma je z hľadiska energie molekuly ideálna. Príklady:
- mydlové bubliny;
- vriaca voda;
- tekuté kvapky v stave beztiaže.
Niektorý hmyz sa prispôsobil „chodeniu“po vodnej hladine práve v dôsledku povrchového napätia. Príklady: vodné chrobáky, vodné vtáctvo, niektoré hlodavce.
Farba
Kvapaliny a tuhé látky majú spoločné vlastnosti. Jedným z nich je tekutosť. Celý rozdiel je v tom, že pre prvého je to neobmedzené. Čo je podstatou tohto parametra?
Ak na tekuté teleso pôsobíte vonkajšou silou, rozdelí sa na časti a oddelí ich od seba, to znamená, že potečie. V tomto prípade každá časť opäť vyplní celý objem nádoby. V prípade pevných látok je táto vlastnosť obmedzená a závisí od vonkajších podmienok.
Závislosť vlastností od teploty
Patria sem tri parametre, ktoré charakterizujú látky, ktoré zvažujeme:
- overheat;
- chladenie;
- varenie.
Vlastnosti kvapalín, ako je prehrievanie a podchladenie, priamo súvisia s kritickými bodmi varu a tuhnutia (bodmi). Prehriata kvapalina je kvapalina, ktorá pri vystavení teplote prekonala prah kritického bodu ohrevu, ale nevykazuje vonkajšie známky varu.
Prechladzované, respkvapalina, ktorá pod vplyvom nízkych teplôt prekročila prah kritického bodu prechodu do inej fázy, ale nestala sa pevnou látkou.
V prvom aj druhom prípade existujú podmienky na prejavenie takýchto vlastností.
- Žiadne mechanické účinky na systém (pohyb, vibrácie).
- Rovnomerná teplota, bez náhlych skokov a poklesov.
Zaujímavým faktom je, že ak vhodíte cudzí predmet do prehriatej kvapaliny (napríklad vody), okamžite uvarí. Získate ho zahrievaním pod vplyvom žiarenia (v mikrovlnnej rúre).
Koexistencia s inými fázami hmoty
Pre tento parameter existujú dve možnosti.
- Kvapalina – plyn. Takéto systémy sú najrozšírenejšie, pretože existujú všade v prírode. Vyparovanie vody je predsa súčasťou prirodzeného kolobehu. V tomto prípade výsledná para existuje súčasne s kvapalnou vodou. Ak hovoríme o uzavretom systéme, aj tam dochádza k vyparovaniu. Ide len o to, že para sa veľmi rýchlo nasýti a celý systém sa ako celok dostane do rovnováhy: kvapalina - nasýtená para.
- Kvapalina – tuhé látky. Najmä na takýchto systémoch je badateľná ešte jedna vlastnosť – zmáčavosť. Pri interakcii vody a pevnej látky môže byť pevná látka úplne, čiastočne zmáčaná alebo dokonca odpudzovať vodu. Existujú zlúčeniny, ktoré sa vo vode rozpúšťajú rýchlo a prakticky neobmedzene. Sú také, ktoré toho vôbec nie sú schopné (niektoré kovy, diamant a iné).
Vo všeobecnosti sa odbor hydroaeromechanika zaoberá štúdiom interakcie kvapalín so zlúčeninami v iných stavoch agregácie.
Stlačiteľnosť
Základné vlastnosti tekutiny by boli neúplné, keby sme nespomenuli stlačiteľnosť. Samozrejme, tento parameter je typickejší pre plynové systémy. Tie, o ktorých uvažujeme, však môžu byť za určitých podmienok tiež komprimované.
Hlavným rozdielom je rýchlosť procesu a jeho jednotnosť. Zatiaľ čo plyn je možné stlačiť rýchlo a pri nízkom tlaku, kvapaliny sa stláčajú nerovnomerne, dostatočne dlho a za špeciálne vybraných podmienok.
Odparovanie a kondenzácia kvapalín
Toto sú ďalšie dve vlastnosti kvapaliny. Fyzika im dáva nasledujúce vysvetlenia:
- Vyparovanie je proces, ktorý charakterizuje postupný prechod látky z kvapalného stavu agregácie do tuhého stavu. To sa deje pod vplyvom tepelných účinkov na systém. Molekuly sa začnú pohybovať a zmenou kryštálovej mriežky prechádzajú do plynného stavu. Proces môže pokračovať, kým sa všetka kvapalina nepremení na paru (pre otvorené systémy). Alebo kým sa nenastolí rovnováha (pre uzavreté nádoby).
- Kondenzácia je opačný proces, ako je uvedený vyššie. Tu para prechádza na molekuly kvapaliny. Toto sa deje, kým sa nenastolí rovnováha alebo úplný fázový prechod. Para uvoľňuje do kvapaliny viac častíc ako do nej.
Typickými príkladmi týchto dvoch procesov v prírode je vyparovanie vody z povrchu Svetového oceánu, jej kondenzácia vhorná atmosféra a potom spad.
Mechanické vlastnosti tekutiny
Tieto vlastnosti sú predmetom štúdia takej vedy, akou je hydromechanika. Konkrétne jej časť, teóriu mechaniky tekutín a plynov. Medzi hlavné mechanické parametre charakterizujúce uvažovaný stav agregácie látok patria:
- hustota;
- share;
- viskozita.
Pod hustotou tekutého telesa rozumieme jeho hmotnosť, ktorá je obsiahnutá v jednej jednotke objemu. Tento indikátor sa líši pre rôzne zlúčeniny. O tomto ukazovateli už existujú vypočítané a experimentálne namerané údaje, ktoré sa zapisujú do špeciálnych tabuliek.
Za špecifickú hmotnosť sa považuje hmotnosť jednej jednotky objemu kvapaliny. Tento indikátor je veľmi závislý od teploty (ako stúpa, jeho hmotnosť klesá).
Prečo študovať mechanické vlastnosti kvapalín? Tieto poznatky sú dôležité pre pochopenie procesov prebiehajúcich v prírode, vo vnútri ľudského tela. Aj pri tvorbe technických prostriedkov, rôznych produktov. Koniec koncov, kvapalné látky sú jednou z najbežnejších agregovaných foriem na našej planéte.
Nenewtonské kvapaliny a ich vlastnosti
Vlastnosti plynov, kvapalín, pevných látok sú predmetom štúdia fyziky, ako aj niektorých príbuzných odborov. Okrem tradičných tekutých látok však existujú aj takzvané nenewtonovské, ktoré skúma aj táto veda. Čo sú a prečo dostaliaký je názov?
Aby ste pochopili, čo sú tieto zlúčeniny, tu sú najbežnejšie príklady v domácnostiach:
- „Sliz“hrajú deti;
- „žuvačka na ruky“alebo žuvačka na ruky;
- bežná stavebná farba;
- roztok škrobu vo vode atď.
To znamená, že ide o kvapaliny, ktorých viskozita sa riadi rýchlostným gradientom. Čím rýchlejší je náraz, tým vyšší je index viskozity. Preto, keď žuvačka na ruky dopadne prudkým úderom na podlahu, zmení sa na úplne pevnú látku, ktorá sa môže rozbiť na kúsky.
Ak to necháte tak, za pár minút sa rozšíri do lepkavej kaluže. Nenewtonské kvapaliny sú svojimi vlastnosťami celkom unikátne látky, ktoré sa využívajú nielen na technické účely, ale aj na kultúrne a každodenné účely.
