Основни свойства на течности

Течността е вещество, което е в агрегатно състояние, което е междинно между твърдо и газообразно. Нещо повече, неговото състояние, както в случая с твърдите вещества, е кондензирано, т.е. означава връзка между частиците (атоми, молекули, йони). Течността има свойства, които фундаментално го различават от вещества, които са в други агрегативни състояния. Основната е способността да се променя многократно формата под влиянието на механично напрежение без загуба на обем. Днес ще разберем какви свойства имат течностите и какви са те.

Общи характеристики

Газът не запазва обема и формата си, твърдото тяло запазва и двете, а другото, а течността запазва само обема. Ето защо течното състояние на агрегиране се счита за междинно. Повърхността на течността е подобие на еластична мембрана и определя нейната форма. Молекулите на такива тела, от една страна, нямат определена позиция, а от друга - не могат да получат пълна свобода на движение. Те могат да се събират в капки и да текат под собствената си повърхност. Между молекулите на течността има привличане, което е достатъчно, за да ги държи на близко разстояние.

Веществото е в течно състояние в определен температурен диапазон. Ако температурата падне под нея, настъпва преход към твърда форма (кристализация), а ако се покачи по-високо, в газообразна форма (изпаряване). Границите на този интервал за една и съща течност могат да варират в зависимост от налягането. Например, в планините, където налягането е значително по-ниско, отколкото на равнините, водата кипи при по-ниска температура.

Обикновено течността има само една модификация, следователно тя е едновременно агрегативно състояние и термодинамична фаза. Всички течности се разделят на чисти вещества и смеси. Някои от тези смеси са от решаващо значение за човешкия живот: кръв, морска вода и други.

Разгледайте основните свойства на течностите.

поток

Течността се различава от другите вещества, преди всичко, в течливостта. Ако към него се приложи външна сила, потокът от частици се появява в посоката на неговото прилагане. Така, когато е изложен на външни небалансирани сили, течността не може да запази формата и относителното положение на частиците. По същата причина тя е под формата на съд, в който пада. За разлика от твърдите пластмасови тела, течностите нямат граница на провлачване, т.е. те текат при най-малкото излизане от равновесното състояние.

Запазване на обема

Една от характерните физични свойства на течностите е способността да се запази обемът при механично действие. Те са изключително трудни за компресиране поради високата плътност на молекулите. Според закона на Паскал налягането, което се получава върху течност, затворена в съд, без промяна, се предава на всяка точка от нейния обем. Заедно с минималната компресируемост, тази функция се използва широко в хидравликата. Повечето течности увеличават обема си при нагряване и намаляват при охлаждане.

вискозитет

Сред основните свойства на течностите, както в случая с газовете, е да се отбележи вискозитета. Вискозитетът се отнася до способността на частиците да се противопоставят на движението един спрямо друг, т.е. вътрешното триене. При придвижване на съседните флуидни слоеве един спрямо друг, възниква неизбежно сблъскване на молекули и възникват сили, които възпрепятстват подреденото движение. Кинетична енергия подреденото движение се превръща в топлинна енергия от хаотично движение. Ако течността, поставена в съда, се премести и след това се остави сама, тя постепенно ще спре, но температурата му ще се увеличи.

Свободна повърхност и повърхностно напрежение

Ако погледнете капка вода, която лежи на равна повърхност, можете да видите, че тя е закръглена. Поради това такива свойства на течности като образуването на свободна повърхност и повърхностно напрежение. Способността на течностите да поддържат обема причиняват образуването на свободна повърхност, която не е нищо друго освен интерфейс: течна и газообразна. При контакт на тези фази на едно и също вещество се появяват сили за намаляване на площта на интерфейсната равнина. Те се наричат ​​повърхностно напрежение. Границата на фазата е еластична мембрана, която има тенденция да се затяга.

Повърхностното напрежение се обяснява и с привличането на течни молекули един към друг. Всяка молекула се стреми да „обкръжи” себе си с други молекули и да се отдалечи от интерфейса. Поради това повърхността бързо намалява. Това обяснява факта, че сапунните мехурчета и мехурчета, образувани по време на кипене, са склонни към сферична форма. Ако върху течността действа само силата на повърхностното напрежение, тя със сигурност ще приеме тази форма.

Малките обекти, чиято плътност надвишава плътността на течността, могат да останат на повърхността му поради факта, че силата, предотвратяваща увеличаването на повърхността, е по-голяма от силата на агресията.

Изпаряване и кондензация

Изпаряването се отнася до постепенно преминаване на вещество от течност към газообразно състояние. В процеса на топлинно движение някои молекули напускат течността, преминавайки през нейната повърхност, и се превръщат в пари. Паралелно с това, друга част от молекулите, напротив, преминава от пара към течност. Когато броят на съединенията, напускащи течността, надвишава броя на съединенията, които са влезли в него, протича процесът на изпаряване.

Кондензацията е обратната на изпарението. По време на кондензацията течността получава повече пари от парата, отколкото изпуска.

И двата описани процеса са неравновесни и могат да продължат, докато се установи локално равновесие. В този случай течността може напълно да се изпари или да се балансира с изпаренията си.

кипене

Кипенето е процес на вътрешна трансформация на флуида. Когато температурата се повиши до определена точка, налягането на парите надвишава налягането във вътрешността на веществото и в нея започват да се образуват мехурчета. При условия на гравитация те плуват нагоре.

омокрящи

Намокрянето е феномен, който възниква, когато течност влезе в контакт с твърдо вещество в присъствието на пара. По този начин, тя се среща в интерфейса на трите фази. Това явление характеризира "залепването" на течно вещество на твърдо вещество и разпространението му върху повърхността на твърдо вещество. Има три вида намокряне: ограничено, пълно и ненамокряне.

податливост

Той характеризира способността на течностите да се разтварят един в друг. Примери за смесими течности са вода и алкохол, докато тези, които не се смесват, са вода и масло.

дифузия

Когато две смесени течности са в един и същ съд, поради термичното движение на молекулата, те започват да преодоляват интерфейса и течностите се смесват постепенно. Този процес се нарича дифузия. Тя може да се появи в вещества, които са в други агрегативни състояния.

Прегряване и хипотермия

Сред очарователните свойства на течностите си струва да се отбележи прегряване и хипотермия. Тези процеси често са в основата на химическите огнища. При равномерно нагряване, без силни температурни капки и механични ефекти, течността може да се нагрее над точката на кипене, без да се кипи. Този процес се нарича прегряване. Ако предметът се хвърли в прегрята течност, той незабавно ще заври.

По подобен начин се получава и преохлаждане на течността, т.е. охлаждане до температура под точката на замръзване, като се заобикаля самото замразяване. С лек удар преохладената течност незабавно кристализира и се превръща в лед.

Вълни на повърхността

Ако нарушите равновесието на повърхността на течността, то то под действието на възстановяващите сили ще се върне в равновесие. Това движение не се ограничава до един цикъл, а се превръща в вибрации и се разпространява към други части. Така се получават вълни, които могат да се наблюдават на повърхността на всяка течност.

Когато като възстановяваща сила се появява предимно на силата на гравитацията, Вълните се наричат ​​гравитационни. Те могат да се видят на водата навсякъде. Ако възстановяващата сила се формира основно от силата на повърхностното напрежение, тогава вълните се наричат ​​капилярни. Сега вече знаете какво свойство на течностите предизвиква познатото вълнение на водата.

Плътни вълни

Течността е изключително твърда, но с промяна на температурата, нейния обем и плътност. Това не се случва незабавно: при компресиране на една секция, другите се компресират със закъснение. Така в течността се разпространяват еластични вълни, които се наричат ​​вълни на плътност. Ако при разпространението на вълната плътността се променя леко, тогава я наричам звук, а ако е достатъчно силен, то е шок.

Срещнахме се с общите свойства на течностите. Всички основни характеристики зависят от вида и състава на течностите.

класификация

След като разгледаме основните физични свойства на течностите, нека да разберем как те се класифицират. Структурата и свойствата на течните вещества зависят от индивидуалността на частиците в състава им, както и от характера и дълбочината на взаимодействието между тях. Въз основа на това излъчват:

1. Атомни течности. Те се състоят от атоми или сферични молекули, които са свързани помежду си чрез централните ван дер ваалсови сили. Основните примери са течен аргон и течен метан.
2. Течности, състоящи се от двуатомни молекули с идентични атоми, чиито йони са свързани с кулонови сили. Примерите включват течен водород, течен натрий и течен живак.
3. Течности, които се състоят от полярни молекули, свързани с дипол-дипол взаимодействие, например, бромоводород.
4. Свързани течности. Те имат водородни връзки (вода, глицерин).
5. Течности, които са съставени от големи молекули. За последните вътрешните степени на свобода играят важна роля.

Веществата от първите две (по-рядко три) групи се наричат ​​прости. Те се изучават по-добре от всички останали. Сред трудните течности най-изучаваната вода. Тази класификация не включва течни кристали и квантови течности, тъй като те са специални случаи и се разглеждат отделно.

От гледна точка на хидродинамичните свойства, течностите се разделят на нютонови и не-нютонови. За първите, които се подчиняват на закона на Нютон. Това означава, че тяхното напрежение на срязване линейно зависи от градиента на скоростта. Коефициентът на пропорционалност между тези стойности се нарича вискозитет. Имате Нютоновски вискозитет на течности варира в зависимост от градиента на скоростта.

проучване

Изследването на движението и механичното равновесие на течности и газове, както и тяхното взаимодействие, включително и с твърди вещества, се разглежда в такава част от механиката като механика на течности. Тя се нарича още хидродинамика.

Некомпресивните флуиди се изучават в подсекцията на механиката на течности, която се нарича хидромеханика. Тъй като свиваемостта на течностите е много малка, в много случаи тя просто се пренебрегва. Сгъваеми флуиди, изучаващи газови динамики.

Хидромеханиката допълнително се подразделя на хидростатика и хидродинамика (в тесен смисъл). В първия случай се изследва равновесието на несвиваемите течности, а във второто - тяхното движение.

Магнитната хидродинамика се занимава с изучаване на магнитни и проводими течности, а хидравликата се занимава с приложни проблеми.

Основният закон на хидростатиката е законът на Паскал. Движението на идеалните несвиваеми флуиди се описва чрез уравнението на Ойлер. За техния стационарен поток е изпълнен законът на Бернули. Формулата на Торичели описва потока от течни вещества от дупките. Движението на вискозните течности се подчинява на уравнението на Навир-Стокс, което, наред с други неща, може да вземе под внимание свиваемостта.

Еластичните вълни и трептенията във флуид (както в действителност и в други среди) изучават такава наука като акустиката. Хидроакустика - подраздел, посветен на изучаването на звука във водната среда за решаване на проблемите на подводната комуникация, местоположението и други неща.

В заключение

Днес се срещнахме с общите физични свойства на течностите. Научихме също, че такива вещества обикновено са представени и как са класифицирани. Що се отнася до химичните свойства на течността, те са пряко зависими от неговия състав. Следователно, те трябва да се разглеждат отделно за всяко вещество. Кое свойство на флуида е важно и което не е труден отговор. Всичко зависи от задачата, в контекста на която се разглежда тази течност.