On teada, et kõik, mis inimest ümbritseb, kaasa arvatud tema ise, on ainetest koosnevad kehad. Need on omakorda ehitatud molekulidest, viimased aatomitest ja need on veelgi väiksematest struktuuridest. Ümbritsev mitmekesisus on aga nii suur, et isegi mingit ühisosa on raske ette kujutada. Ja on olemas. Ühendeid on miljoneid, igaüks neist on ainulaadsete omaduste, struktuuri ja rolli poolest. Kokku eristatakse mitut faasiolekut, mille järgi saab kõiki aineid omavahel korreleerida.
Aine olek
Ühendite koondoleku jaoks on neli valikut.
- Gaasid.
- Tahkeained.
- Vedelikud.
- Plasma on väga haruldased ioniseeritud gaasid.
Selles artiklis käsitleme vedelike omadusi, nende struktuurseid omadusi ja võimalikke toimivusparameetreid.
Vedelkehade klassifikatsioon
See jaotus põhineb vedelike omadustel, nende struktuuril ja keemilisel struktuuril, samuti ühendit moodustavate osakeste vastastikmõju tüüpidel.
- Sellised vedelikud, mis koosnevad aatomitest, mida hoiavad koos Van der Waalsi jõud. Näiteks vedelgaasid (argoon, metaan ja teised).
- Ained, mis koosnevad kahest identsest aatomist. Näited: veeldatud gaasid – vesinik, lämmastik, hapnik ja teised.
- Vedelad metallid – elavhõbe.
- Ained, mis koosnevad kovalentsete polaarsete sidemetega seotud elementidest. Näited: vesinikkloriid, vesinikjodiid, vesiniksulfiid ja teised.
- Ühed, milles esinevad vesiniksidemed. Näited: vesi, alkoholid, ammoniaak lahuses.
On ka erilisi struktuure – näiteks vedelkristallid, mitte-Newtoni vedelikud, millel on erilised omadused.
Vaatleme vedeliku põhiomadusi, mis eristavad seda kõigist teistest agregatsiooniseisunditest. Esiteks on need need, mida tavaliselt nimetatakse füüsilisteks.
Vedeliku omadused: kuju ja maht
Kokku saab eristada umbes 15 omadust, mis võimaldavad kirjeldada, mis on kõnealused ained ning milline on nende väärtus ja omadused.
Esimesed vedeliku füüsikalised omadused, mis selle agregatsiooniseisundi mainimisel meelde tulevad, on võime muuta kuju ja hõivata teatud mahu. Näiteks kui me räägime vedelate ainete vormist, siis on üldiselt aktsepteeritud, et see puudub. See pole aga nii.
Tuntud gravitatsioonijõu mõjul läbivad ainepiisad teatud deformatsiooni, mistõttu nende kuju katkeb ja muutub määramatuks. Kui aga asetate languse tingimustesse, mille korral gravitatsioon ei toimivõi väga piiratud, siis võtab see ideaalse palli kuju. Seega, võttes arvesse ülesannet: "Nimeta vedelike omadused", peaks inimene, kes peab end füüsikas hästi kursis olevaks, seda asjaolu mainima.
Mis puudutab mahtu, siis siin tuleks tähele panna gaaside ja vedelike üldisi omadusi. Mõlemad on võimelised hõivama kogu ruumi, milles nad on, ja seda piiravad ainult anuma seinad.
Viskoossus
Vedelike füüsikalised omadused on väga mitmekesised. Kuid üks neist on ainulaadne, näiteks viskoossus. Mis see on ja kuidas seda määratletakse? Peamised parameetrid, millest vaadeldav väärtus sõltub, on:
- tangentsiaalne stress;
- liikumiskiiruse gradient.
Näitud väärtuste sõltuvus on lineaarne. Kui seletada lihtsamate sõnadega, siis viskoossus, nagu ka maht, on sellised vedelike ja gaaside omadused, mis on neile ühised ja eeldavad piiramatut liikumist, sõltumata välistest mõjujõududest. See tähendab, et kui vesi voolab anumast välja, jätkab see seda mistahes mõjul (gravitatsioon, hõõrdumine ja muud parameetrid).
See erineb mitte-Newtoni vedelikest, mis on viskoossemad ja võivad nende taha jätta augud, mis aja jooksul täituvad.
Millest see indikaator sõltub?
- Temperatuurist. Temperatuuri tõustes suureneb mõnede vedelike viskoossus, teiste vedelike viskoossus, vastupidi,väheneb. See sõltub konkreetsest ühendist ja selle keemilisest struktuurist.
- Rõhust. Suurenemine põhjustab viskoossusindeksi tõusu.
- Aine keemilisest koostisest. Viskoossus muutub puhta aine proovis lisandite ja võõrkomponentide esinemisel.
Soojusvõimsus
See termin viitab aine võimele neelata teatud kogus soojust, et tõsta enda temperatuuri ühe Celsiuse kraadi võrra. Selle indikaatori jaoks on erinevad ühendused. Mõnel on soojusmahtuvus suurem, teistel väiksem.
Nii näiteks on vesi väga hea soojusakumulaator, mis võimaldab seda laialdaselt kasutada küttesüsteemide, toiduvalmistamise ja muude vajaduste jaoks. Üldiselt on soojusmahtuvusindeks iga vedeliku puhul rangelt individuaalne.
Pindpinevus
Tihti meenuvad nad pindpinevusele, olles saanud ülesande: "Nimeta vedelike omadused". Lastele ju tutvustatakse teda füüsika, keemia ja bioloogia tundides. Ja iga üksus selgitab seda olulist parameetrit omast küljest.
Pindpinevuse klassikaline määratlus on järgmine: see on faasipiir. See tähendab, et ajal, kui vedelik on hõivanud teatud mahu, piirneb see väljast gaasilise keskkonnaga - õhu, auru või mõne muu ainega. Seega toimub faaside eraldumine kokkupuutepunktis.
Samal ajal kipuvad molekulid end ümbritsema võimalikult paljude osakestega ja viivad seega justkuivedeliku kui terviku kokkusurumine. Seetõttu tundub pind olevat venitatud. Sama omadus võib seletada ka vedelikupiiskade sfäärilist kuju gravitatsiooni puudumisel. Lõppude lõpuks on just see vorm molekuli energia seisukoh alt ideaalne. Näited:
- seebimullid;
- keev vesi;
- vedelikud langevad kaaluta olekus.
Mõned putukad on kohanenud veepinnal "kõndima" just tänu pindpinevusele. Näited: vesikonnad, veelinnud, mõned kõrrelised.
Värv
Vedelikutel ja tahketel ainetel on ühised omadused. Üks neist on voolavus. Kogu erinevus seisneb selles, et esimese jaoks on see piiramatu. Mis on selle parameetri olemus?
Kui rakendate vedelale kehale välist jõudu, jaguneb see osadeks ja eraldab need üksteisest, st voolab. Sel juhul täidab iga osa uuesti kogu anuma mahu. Tahkete ainete puhul on see omadus piiratud ja sõltub välistingimustest.
Omaduste sõltuvus temperatuurist
Need hõlmavad kolme parameetrit, mis iseloomustavad vaadeldavaid aineid:
- ülekuumenemine;
- jahutus;
- keeb.
Sellised vedelike omadused nagu ülekuumenemine ja hüpotermia on otseselt seotud vastav alt kriitiliste keemis- ja külmumispunktidega (punktid). Ülekuumenenud vedelik on vedelik, mis on temperatuuriga kokkupuutel ületanud kriitilise kuumutuspunkti läve, kuid millel ei ole ilmnenud väliseid keemismärke.
Supercooled vastav alt nnvedelik, mis on madalate temperatuuride mõjul ületanud teise faasi ülemineku kriitilise punkti läve, kuid pole muutunud tahkeks.
Nii esimesel kui ka teisel juhul on selliste omaduste avaldumiseks tingimused.
- Süsteemile puuduvad mehaanilised mõjud (liikumine, vibratsioon).
- Ühtne temperatuur, ilma järskude hüpete ja langusteta.
Huvitav fakt on see, et kui viskate võõrkeha ülekuumenenud vedelikku (näiteks vette), läheb see koheselt keema. Saate seda kiirguse mõjul kuumutades (mikrolaineahjus).
Kooseksisteerimine aine muude faasidega
Selle parameetri jaoks on kaks valikut.
- Vedel – gaas. Sellised süsteemid on kõige levinumad, kuna neid leidub kõikjal looduses. Lõppude lõpuks on vee aurustumine osa looduslikust ringist. Sel juhul eksisteerib tekkiv aur samaaegselt vedela veega. Kui rääkida suletud süsteemist, siis ka seal toimub aurustumine. Lihts alt aur küllastub väga kiiresti ja kogu süsteem tervikuna jõuab tasakaalu: vedelik – küllastunud aur.
- Vedel – tahked ained. Eriti selliste süsteemide puhul on märgatav veel üks omadus - märguvus. Vee ja tahke aine koosmõjul võib viimane täielikult, osaliselt märjaks saada või isegi vett tõrjuda. On ühendeid, mis lahustuvad vees kiiresti ja praktiliselt lõputult. On neid, kes pole selleks üldse võimelised (mõned metallid, teemant ja teised).
Üldiselt tegeleb hüdroaeromehaanika distsipliin vedelike vastastikmõju uurimisega muudes agregatsiooniseisundites olevate ühenditega.
Tihendatavus
Vedeliku põhiomadused oleksid puudulikud, kui me ei mainiks kokkusurutavust. Loomulikult on see parameeter tüüpilisem gaasisüsteemidele. Kuid neid, mida me kaalume, saab teatud tingimustel tihendada.
Peamine erinevus on protsessi kiirus ja selle ühtlus. Kui gaasi saab kokku suruda kiiresti ja madala rõhu all, siis vedelikud surutakse kokku ebaühtlaselt, piisav alt kaua ja spetsiaalselt valitud tingimustes.
Vedelike aurustumine ja kondenseerumine
Need on veel kaks vedeliku omadust. Füüsika annab neile järgmised selgitused:
- Aurustumine on protsess, mis iseloomustab aine järkjärgulist üleminekut vedelast agregatsiooniolekust tahkesse olekusse. See juhtub süsteemi termilise mõju mõjul. Molekulid hakkavad liikuma ja, muutes oma kristallvõre, lähevad gaasilisse olekusse. Protsess võib jätkuda, kuni kogu vedelik muutub auruks (avatud süsteemide puhul). Või kuni tasakaalu saavutamiseni (suletud anumate puhul).
- Kondenseerumine on protsess, mis on vastupidine ül altoodule. Siin läheb aur vedelateks molekulideks. See juhtub seni, kuni saavutatakse tasakaal või täielik faasiüleminek. Aur laseb vedelikku rohkem osakesi kui sellesse.
Tüüpilised näited nendest kahest looduses toimuvast protsessist on vee aurustumine Maailma ookeani pinn alt ja selle kondenseerumineülemine atmosfäär ja seejärel sademed.
Vedeliku mehaanilised omadused
Neid omadusi uurib selline teadus nagu hüdromehaanika. Täpsem alt selle osa, vedeliku- ja gaasimehaanika teooria. Ainete vaadeldavat agregatsiooni olekut iseloomustavad peamised mehaanilised parameetrid on järgmised:
- tihedus;
- jaga;
- viskoossus.
Vedeliku keha tiheduse all mõista selle massi, mis sisaldub ühes ruumalaühikus. See indikaator on erinevate ühendite puhul erinev. Selle näitaja kohta on juba arvutatud ja katseliselt mõõdetud andmed, mis kantakse spetsiaalsetesse tabelitesse.
Erikaaluks loetakse vedeliku mahuühiku massi. See indikaator sõltub suuresti temperatuurist (tõusmisel selle kaal väheneb).
Milleks uurida vedelike mehaanilisi omadusi? Need teadmised on olulised looduses, inimkeha sees toimuvate protsesside mõistmiseks. Samuti tehniliste vahendite, erinevate toodete loomisel. Lõppude lõpuks on vedelad ained meie planeedil üks levinumaid agregaatide vorme.
Mitte-Newtoni vedelikud ja nende omadused
Gaaside, vedelike ja tahkete ainete omadused on füüsika, aga ka mõne sellega seotud distsipliini uurimisobjekt. Kuid lisaks traditsioonilistele vedelatele ainetele on ka nn mitte-Newtoni aineid, mida see teadus samuti uurib. Mis need on ja miks nad saidmis pealkiri on?
Selleks, et mõista, mis need ühendid on, on siin kõige levinumad leibkonna näited:
- „Slime”, mida mängivad lapsed;
- "käsikumm" ehk närimiskumm kätele;
- tavaline ehitusvärv;
- tärklise lahus vees jne.
See tähendab, et need on vedelikud, mille viskoossus järgib kiiruse gradienti. Mida kiirem on löök, seda suurem on viskoossuse indeks. Seetõttu muutub käsikumm tugeva löögiga põrandale sattudes täiesti tahkeks aineks, mis võib tükkideks puruneda.
Kui jätate selle rahule, levib see mõne minutiga kleepuvaks lompiks. Mitte-Newtoni vedelikud on oma omaduste poolest üsna ainulaadsed ained, mida on kasutatud mitte ainult tehnilistel eesmärkidel, vaid ka kultuurilistel ja igapäevastel eesmärkidel.
