Žinoma, kad viskas, kas supa žmogų, įskaitant jį patį, yra kūnai, susidedantys iš medžiagų. Jie, savo ruožtu, yra sukurti iš molekulių, pastarieji iš atomų, o jie yra iš dar mažesnių struktūrų. Tačiau supanti įvairovė tokia didelė, kad sunku net įsivaizduoti kažkokį bendrumą. Ir yra. Junginių skaičius siekia milijonus, kiekvienas iš jų yra unikalus savybėmis, struktūra ir vaidmeniu. Iš viso išskiriamos kelios fazės būsenos, pagal kurias galima koreliuoti visas medžiagas.
Medžiagos būsenos
Yra keturios suvestinės junginių būsenos parinktys.
- Dujos.
- Kietos medžiagos.
- Skysčiai.
- Plazma yra labai retos jonizuotos dujos.
Šiame straipsnyje aptarsime skysčių savybes, jų struktūrines ypatybes ir galimus veikimo parametrus.
Skystųjų kūnų klasifikacija
Šis skirstymas pagrįstas skysčių savybėmis, jų struktūra ir chemine struktūra, taip pat dalelių, sudarančių junginį, sąveikos rūšimis.
- Tokie skysčiai, kuriuos sudaro Van der Waalso jėgų kartu laikomi atomai. Pavyzdžiai yra skystosios dujos (argonas, metanas ir kt.).
- Medžiagos, kurias sudaro du identiški atomai. Pavyzdžiai: suskystintos dujos – vandenilis, azotas, deguonis ir kt.
- Skysti metalai – gyvsidabris.
- Medžiagos, sudarytos iš elementų, sujungtų kovalentiniais poliniais ryšiais. Pavyzdžiai: vandenilio chloridas, vandenilio jodidas, vandenilio sulfidas ir kiti.
- Junginiai, kuriuose yra vandenilio jungčių. Pavyzdžiai: vanduo, alkoholiai, amoniakas tirpale.
Yra ir specialių struktūrų – tokių kaip skystieji kristalai, neniutono skysčiai, kurie turi ypatingų savybių.
Apsvarstysime pagrindines skysčio savybes, kurios išskiria jį iš visų kitų agregacijos būsenų. Visų pirma, tai yra tie, kurie paprastai vadinami fiziniais.
Skysčių savybės: forma ir tūris
Iš viso galima išskirti apie 15 charakteristikų, kurios leidžia apibūdinti, kokios yra nagrinėjamos medžiagos ir kokia jų vertė bei savybės.
Pačios pirmosios fizinės skysčio savybės, kurios ateina į galvą paminėjus šią agregacijos būseną, yra gebėjimas keisti formą ir užimti tam tikrą tūrį. Taigi, pavyzdžiui, jei kalbame apie skystų medžiagų formą, tada visuotinai priimta manyti, kad jos nėra. Tačiau taip nėra.
Veikiant gerai žinomai gravitacijos jėgai, medžiagos lašai šiek tiek deformuojasi, todėl jų forma nutrūksta ir tampa neapibrėžta. Tačiau, jei sumažinsite sąlygas, kuriomis gravitacija neveikiaarba labai apribota, tada jis įgis idealią rutulio formą. Taigi, gavęs užduotį: „Įvardykite skysčių savybes“, žmogus, kuris laiko save gerai išmanantis fiziką, turėtų paminėti šį faktą.
Kalbant apie tūrį, čia turėtume atkreipti dėmesį į bendras dujų ir skysčių savybes. Abu jie gali užimti visą erdvės, kurioje yra, tūrį, ribojamos tik laivo sienelių.
Klampumas
Skysčių fizinės savybės yra labai įvairios. Tačiau vienas iš jų yra unikalus, pavyzdžiui, klampumas. Kas tai yra ir kaip jis apibrėžiamas? Pagrindiniai parametrai, nuo kurių priklauso svarstoma vertė, yra šie:
- tangentinis stresas;
- judėjimo greičio gradientas.
Nurodytų verčių priklausomybė yra tiesinė. Jei paaiškintume paprastesniais žodžiais, tai klampumas, kaip ir tūris, yra tokios jiems bendros skysčių ir dujų savybės, kurios reiškia neribotą judėjimą, nepaisant išorinių įtakos jėgų. Tai yra, jei vanduo ištekės iš indo, jis ir toliau tai darys esant bet kokiai įtakai (gravitacijai, trinčiai ir kitiems parametrams).
Tai skiriasi nuo ne Niutono skysčių, kurie yra klampesni ir už jų gali palikti skylių, kurios laikui bėgant prisipildo.
Nuo ko priklausys šis rodiklis?
- Nuo temperatūros. Didėjant temperatūrai, kai kurių skysčių klampumas didėja, o kitų, atvirkščiai,mažėja. Tai priklauso nuo konkretaus junginio ir jo cheminės struktūros.
- Nuo spaudimo. Padidėjimas padidina klampumo indeksą.
- Nuo medžiagos cheminės sudėties. Klampumas keičiasi esant priemaišoms ir pašaliniams komponentams grynos medžiagos mėginyje.
Šilumos talpa
Šis terminas reiškia medžiagos gebėjimą sugerti tam tikrą šilumos kiekį, kad jos pačios temperatūra padidėtų vienu laipsniu Celsijaus. Šiam indikatoriui yra skirtingos jungtys. Kai kurie turi daugiau, kiti mažesnę šiluminę galią.
Taigi, pavyzdžiui, vanduo yra labai geras šilumos akumuliatorius, todėl jį galima plačiai naudoti šildymo sistemoms, maisto ruošimui ir kitiems poreikiams. Apskritai kiekvieno skysčio šilumos talpos indeksas yra griežtai individualus.
Paviršiaus įtempimas
Dažnai, gavę užduotį: „Įvardykite skysčių savybes“, jie iškart prisimena paviršiaus įtempimą. Juk vaikai su juo supažindinami per fizikos, chemijos, biologijos pamokas. Ir kiekvienas elementas paaiškina šį svarbų parametrą iš savo pusės.
Klasikinis paviršiaus įtempimo apibrėžimas yra toks: tai fazės riba. Tai yra, tuo metu, kai skystis užima tam tikrą tūrį, jis iš išorės ribojasi su dujine terpe - oru, garais ar kita medžiaga. Taigi fazių atsiskyrimas įvyksta sąlyčio taške.
Tuo pačiu metu molekulės yra linkusios apsupti kuo daugiau dalelių ir taip tarsi veda įsuspaudžiant visą skystį. Todėl atrodo, kad paviršius yra ištemptas. Ta pati savybė taip pat gali paaiškinti sferinę skysčio lašelių formą, kai nėra gravitacijos. Juk būtent tokia forma yra ideali molekulės energijos požiūriu. Pavyzdžiai:
- muilo burbulai;
- verdantis vanduo;
- skysčių lašai nesvarumo būsenoje.
Kai kurie vabzdžiai prisitaikė „vaikščioti“vandens paviršiumi būtent dėl paviršiaus įtempimo. Pavyzdžiai: vandens paukščiai, vandens paukščiai, kai kurie grubiai.
Spalva
Yra bendros skysčių ir kietųjų medžiagų savybės. Vienas iš jų – sklandumas. Visas skirtumas yra tas, kad pirmiesiems jis yra neribotas. Kokia šio parametro esmė?
Jei išorinę jėgą pritaikysite skystam kūnui, jis suskils į dalis ir atskirs jas viena nuo kitos, tai yra, tekės. Tokiu atveju kiekviena dalis vėl užpildys visą indo tūrį. Kietosioms medžiagoms ši savybė yra ribota ir priklauso nuo išorinių sąlygų.
Savybių priklausomybė nuo temperatūros
Tai apima tris parametrus, apibūdinančius medžiagas, kurias svarstome:
- perkaitimas;
- vėsinimas;
- verda.
Tokios skysčių savybės kaip perkaitimas ir hipotermija yra tiesiogiai susijusios su kritiniais virimo ir užšalimo taškais (taškais) atitinkamai. Perkaitęs skystis – tai skystis, kuris, veikiamas temperatūros, įveikė kritinio šildymo taško slenkstį, bet nepasirodė išorinių virimo požymių.
Peršaldomas, atitinkamai, vadinamasskystis, kuris, esant žemai temperatūrai, peržengė kritinio perėjimo į kitą fazę taško slenkstį, bet netapo kietu.
Ir pirmuoju, ir antruoju atveju yra sąlygos tokioms savybėms pasireikšti.
- Jokio mechaninio poveikio sistemai (judesio, vibracijos).
- Vienoda temperatūra, be staigių šuolių ir kritimų.
Įdomus faktas yra tai, kad įmetus svetimkūnį į perkaitintą skystį (pavyzdžiui, vandenį), jis akimirksniu užvirs. Jį galite gauti kaitindami veikiant radiacijai (mikrobangų krosnelėje).
Koegzistencija su kitomis materijos fazėmis
Yra dvi šio parametro parinktys.
- Skystas – dujos. Tokios sistemos yra labiausiai paplitusios, nes jos egzistuoja visur gamtoje. Juk vandens garavimas yra natūralaus ciklo dalis. Tokiu atveju susidarę garai egzistuoja kartu su skystu vandeniu. Jei mes kalbame apie uždarą sistemą, tada ten taip pat vyksta garavimas. Tiesiog garai labai greitai prisotinami ir visa sistema susibalansuoja: skysti – sotieji garai.
- Skystis – kietos medžiagos. Ypač tokiose sistemose pastebima dar viena savybė - drėkinamumas. Vandeniui ir kietajai medžiagai sąveikaujant, pastaroji gali būti visiškai, iš dalies sudrėkinta ar net atstumti vandenį. Yra junginių, kurie vandenyje tirpsta greitai ir praktiškai neribotą laiką. Yra tokių, kurie to visiškai nesugeba (kai kurie metalai, deimantas ir kiti).
Apskritai hidroaeromechanikos disciplina tiria skysčių sąveiką su kitų agregacijos būsenų junginiais.
Suspaudžiamumas
Pagrindinės skysčio savybės būtų neišsamios, jei nepaminėtume suspaudžiamumo. Žinoma, šis parametras labiau būdingas dujų sistemoms. Tačiau tuos, kuriuos svarstome, tam tikromis sąlygomis taip pat galima suspausti.
Pagrindinis skirtumas yra proceso greitis ir jo vienodumas. Nors dujas galima suspausti greitai ir esant žemam slėgiui, skysčiai suspaudžiami netolygiai, pakankamai ilgai ir specialiai parinktomis sąlygomis.
Skysčių garavimas ir kondensacija
Tai dar dvi skysčio savybės. Fizika jiems pateikia šiuos paaiškinimus:
- Išgaravimas yra procesas, apibūdinantis laipsnišką medžiagos perėjimą iš skystos agregacijos būsenos į kietą. Tai atsitinka veikiant šiluminiam poveikiui sistemai. Molekulės pradeda judėti ir, keisdamos savo kristalinę gardelę, pereina į dujinę būseną. Procesas gali tęstis tol, kol visas skystis virsta garais (atviroms sistemoms). Arba tol, kol bus nustatyta pusiausvyra (uždarytiems indams).
- Kondensacija yra priešingas procesas, nei nurodyta aukščiau. Čia garai pereina į skysčio molekules. Taip nutinka tol, kol nusistovi pusiausvyra arba visiškas fazinis perėjimas. Garai į skystį išskiria daugiau dalelių nei į jį.
Tipiniai šių dviejų procesų gamtoje pavyzdžiai yra vandens garavimas nuo Pasaulio vandenyno paviršiaus, jo kondensacijaviršutinė atmosfera ir tada iškritimas.
Mechaninės skysčio savybės
Šios savybės yra tokio mokslo, kaip hidromechanika, tyrimo objektas. Tiksliau, jos skyrius, skysčių ir dujų mechanikos teorija. Pagrindiniai mechaniniai parametrai, apibūdinantys nagrinėjamą medžiagų agregacijos būseną, yra šie:
- tankis;
- dalintis;
- klampumas.
Pagal skysto kūno tankį supraskite jo masę, kuri yra viename tūrio vienete. Šis indikatorius skirtingiems junginiams skiriasi. Jau yra apskaičiuoti ir eksperimentiškai išmatuoti šio rodiklio duomenys, kurie įrašomi į specialias lenteles.
Savitasis sunkumas laikomas vieno skysčio tūrio vieneto svoriu. Šis indikatorius labai priklauso nuo temperatūros (kylant, jo svoris mažėja).
Kam tirti mechanines skysčių savybes? Šios žinios yra svarbios norint suprasti procesus, vykstančius gamtoje, žmogaus organizme. Taip pat kuriant technines priemones, įvairius gaminius. Juk skystos medžiagos yra viena iš labiausiai paplitusių agregatų formų mūsų planetoje.
Ne Niutono skysčiai ir jų savybės
Dujų, skysčių, kietųjų medžiagų savybės yra fizikos, taip pat kai kurių susijusių disciplinų, tyrimo objektas. Tačiau be tradicinių skystų medžiagų yra ir vadinamųjų neniutono, kurias taip pat tiria šis mokslas. Kas jie yra ir kodėl jie gavokoks pavadinimas?
Norėdami suprasti, kas yra šie junginiai, pateikiami dažniausiai pasitaikantys buities pavyzdžiai:
- Vaikai vaidina „Slime“;
- "rankų guma" arba kramtomoji guma rankoms;
- įprasti statybiniai dažai;
- krakmolo tirpalas vandenyje ir kt.
Tai yra skysčiai, kurių klampumas paklūsta greičio gradientui. Kuo greitesnis smūgis, tuo didesnis klampumo indeksas. Todėl kai dantenos staigiu smūgiu atsitrenkia į grindis, ji virsta visiškai kieta medžiaga, kuri gali suskilti į gabalus.
Jei paliksite jį ramybėje, vos per kelias minutes jis pasklis į lipnią balą. Neniutono skysčiai pagal savo savybes yra gana unikalios medžiagos, kurios buvo naudojamos ne tik techniniais, bet ir kultūriniais bei kasdieniniais tikslais.
