Основные физические свойства жидкостей: Основные физические свойства жидкостей — Основы гидростатики

Содержание

Основные физические свойства жидкостей — Основы гидростатики

Основные физические свойства жидкостей

В отличие от твердого тела жидкость характеризуется малым сцеплением между частицами, вследствие чего она обладает текучестью и принимает форму сосуда, в который ее помещают.

Жидкости подразделяют на два вида: капельные и газообразные. Капельные жидкости обладают большим сопротивлением сжатию (практически несжимаемы) и малым сопротивлением касательным и растягивающим усилиям (из-за незначительного сцепления частиц и малых сил трения между частицами). Газообразные жидкости характеризуются почти полным отсутствием сопротивления сжатию. К капельным жидкостям относятся вода, бензин, керосин, нефть, ртуть и другие, а к газообразным — все газы.

Гидравлика изучает капельные жидкости. При решении практических задач гидравлики часто пользуются понятием идеальной жидкости — несжимаемой среды, не обладающей внутренним трением между отдельными частицами.

К основным физическим свойствам жидкости относятся плотность, давление, сжимаемость, температурное расширение, вязкость.

Плотность — это отношение массы к объему, занимаемому этой массой. Плотность измеряют в системе СИ в килограммах на кубический метр (кг/м3). Плотность воды составляет 1000 кг/м3.

Используются также укрупненные показатели: – килопаскаль — 1 кПа= 103 Па; – мегапаскаль — 1 МПа = 106 Па.

Сжимаемость жидкости — это ее свойство изменять объем при изменении давления. Это свойство характеризуется коэффициентом объемного сжатия или сжимаемости, выражающим относительное уменьшение объема жидкости при увеличении давления на единицу площади. Для расчетов в области строительной гидравлики воду считают несжимаемой. В связи с этим при решении практических задач сжимаемостью жидкости обычно пренебрегают.

Величина, обратная коэффициенту объемного сжатия, называется модулем упругости. Модуль упругости измеряется в паскалях.

Температурное расширение жидкости при ее нагревании характеризуется коэффициентом температурного расширения, который показывает относительное увеличение объема жидкости при изменении температуры на 1 С.

В отличие от других тел объем воды при ее нагревании от 0 до 4 °С уменьшается. При 4 °С вода имеет наибольшую плотность и наибольший удельный вес; при дальнейшем нагревании ее объем увеличивается. Однако в расчетах многих сооружений при незначительных изменениях температуры воды и давления изменением этого коэффициента можно пренебречь.

Вязкость жидкости — ее свойство оказывать сопротивление относительному движению (сдвигу) частиц жидкости. Силы, возникающие в результате скольжения слоев жидкости, называют силами внутреннего трения, или силами вязкости.

Силы вязкости проявляются при движении реальной жидкости. Если жидкость находится в покое, то вязкость ее может быть принята равной нулю. С увеличением температуры вязкость жидкости быстро уменьшается; остается почти постоянной при изменении давления.

Читать далее:
Основы гидростатики
Понятие о гидравлике


Свойства жидкостей — Энциклопедия по машиностроению XXL

Наличие влияния диаметра означает, что коэффициент трения зависит не только от числа Рейнольдса, а также и от некоторых других безразмерных критериев. Такой критерий можно получить лишь при помощи введения еще одного параметра, кроме диаметра трубы, скорости, плотности, вязкости и перепада давления очевидно, в качестве такого параметра следует выбрать естественное время. Действительно, в настоящее время общепризнано, что снижение сопротивления связано некоторым образом с упругими свойствами жидкости.  
[c.283]

Коэффициент теплоотдачи а зависит от физических свойств жидкости и характера ее движения. Различают естественное и вынужденное движение (конвекцию) жидкости. Вынужденное движение создается внешним источником (насосом, вентилятором, ветром). Естественная конвекция возникает за счет теплового расширения жидкости, нагретой около теплоотдающей поверхности (рис. 9.1) в самом процессе теплообмена. Она будет тем сильнее, чем больше разность температур A/ = f — и температурный коэффициент объемного расширения  [c.78]

Глава . ВВЕДЕНИЕ. СВОЙСТВА ЖИДКОСТЕЙ 1.1. Предмет гидравлики  [c. 4]

Коэффициент зависит, в свою очередь, от геометрических параметров этого устройства. На степень выравнивания потока влияет именно безразмерная величина (коэффициент) сопротивления распределительного устройства, а не абсолютная величина сопротивления, выражающегося в размерных величинах. Следовательно, степень выравнивания не зависит в отдельности ни от скорости потока ни от его плотности, давления, вязкости или других физических свойств жидкости, поскольку и коэффициент сопротивления не зависит от этих параметров в отдельности. Физические свойства могут влиять на степень выравнивания потока только в тех пределах, в которых при этом меняется число Ке, если только оно оказывает влияние на коэффициент сопротивления. Как правило, в промышленных аппаратах это влияние очень невелико, и им можно пренебречь.  

[c.154]

Во формуле (7-1) индексы ж и с означают, что физические свойства жидкости выбираются соответственно при температуре жидкости температуре стенки t — При движении вдоль вертикальной стенки за определяющий размер принимается высота поверхности теплообмена, а для горизонтального цилиндра — его наружный диаметр  [c.

149]

Характер движения жидкости влияет на интенсивность передачи тепла. При ламинарном режиме и отсутствии естественной конвекции тепло в перпендикулярном к стенке направлении передается только теплопроводностью. Количество этой теплоты зависит от физических свойств жидкости, геометрических размеров, формы поверхности канала и почти не зависит от скорости.  [c.403]

Физические свойства жидкостей  [c.403]

Изменение физических свойств жидкости в пограничном слое зависит от температуры, в связи с чем интенсивность теплообмена между жидкостью и стенкой оказывается различной в условиях нагревания и охлаждения жидкости. Так, например, для капельных жидкостей интенсивность теплообмена при нагревании будет большей, чем при охлаждении, вследствие уменьшения пограничного слоя. Следовательно, теплоотдача зависит от направления теплового потока.  

[c.406]


Коэффициент теплоотдачи в условиях свободного движения в большом объеме зависит от физических свойств жидкости, температурного напора и давления. На рис. 28-1 показан график измене-, ns 3 ния коэффициента теплоотдачи воды при кипении и зависимость плотности теплового потока от  [c.451]

Появление адсорбированного слоя в зависимости от свойств жидкости может иметь различную физическую природу молекулярное или электрическое поле твердого материала, электрически заряженный двойной слой. Независимо от причины их образования в поверхностных слоях наблюдается изменение структуры жидкости (упорядочение слоев молекул) и, следовательно, изменение структурно чувствительных физических свойств (в частности, вязкости и теплопроводности). Отсюда следует, что первая из упомянутых ранее причин облитерации есть следствие образования адсорбированных слоев.  [c.25]

Для подтверждения гипотезы о существенном влиянии адсорбированного слоя на уменьшение расхода жидкости в пористых материалах необходимо иметь информацию о толщине этого слоя и о соотношении его толщины с диаметром поровых каналов. Толщина адсорбированных слоев зависит от свойств жидкости и твердого тела, температуры. При наложении напряжений сдвига (внешнего перепада давлений) возможно уменьшение толщины этих слоев из-за срыва внешних слабосвязанных молекул. Следует ожидать также постепенного ослабления и полного разрушения пограничных слоев при увеличении температуры вследствие возрастания интенсивности теплового движения молекул.  [c.25]

Физические свойства жидкостей при температуре 20 ° С  [c.26]

Следует ожидать, что диссипация энергии жидкости зависит не только от физико-химических свойств жидкости, но и от геометрии объема, занимаемого газожидкостной системой. Будем предполагать, что процесс дробления пузырьков газа происходит в трубе длиной Ь и площадью поперечного сечения И. В соответствии с [50] будем считать, что среднее значение диссипации энергии е зависит только от макроскопических параметров системы  

[c.136]

Для достаточно больших диаметров труб можно ожидать, что скорость всплывания газовых пузырей не будет зависеть от свойств жидкости. Б [71] экспериментально было установлено, что при условиях >300 II Ео=М =М = > 100 (где Ео= р (2Н) 1о — критерий Этвеша (2. 1. 2)) критерий Ег не зависит от Ny и М.  [c.209]

Здесь м — фазовый угол, величина которого зависит от угловой частоты изменения электрического поля со и от свойств жидкости, окружаюш ей газовый пузырек Уд п 7 определяют соответственно стационарный и зависящий от времени вклады в скорость течения жидкости и имеют вид [100]  

[c.278]

Здесь р. — динамическая вязкость, зависящая от свойств жидкости, температуры и давления.  [c.143]

При движении жидкости относительно сферы локальный коэффициент теплоотдачи зависит от местных профилей скорости и температуры, а также отрыва потока. Все переменные, характеризующие поле течения, такие, как турбулентность, разреженность, переменные свойства жидкости и излучение, оказывают влияние также и на теплообмен. Суммарный тепловой поток зависит от поля течения, а также положения и существования областей отрыва [369, 528].[c.37]

В общем случае при отсутствии столкновений или взаимодействия между частицами турбулентное движение частиц связано только с турбулентностью жидкости (разд. 2.8). Следовательно, турбулентное движение множества частиц действительно не играет существенной роли при течении взвеси по трубе в экспериментах, описанных в разд. 4.5. Множество частиц можно наблюдать только вследствие хаотического движения, наложенного на движение массы, как в свободномолекулярном потоке. Таким образом, движение твердых частиц нельзя связать непосредственно со свойствами жидкости, так как положение частиц зависит также от столкновений между ними.  

[c.237]

Некоторые физические параметры и свойства жидкостей  [c.60]


Капиллярность — свойство жидкости, обусловленное поверхностным натяжением, занимать в капиллярах уровень, отличающийся на величину h (мм) от уровня той же жидкости в большом резервуаре, с которым капилляр сообщается  [c. 61]

Вязкость — свойство жидкости, обусловливающее появление касательных напряжений между слоями движущейся жидкости при их относительном перемещении. Количественной мерой вязкости являются величины динамической ) и кинематической v вязкостей. Они связаны соотношением  [c.61]

Под вязкостью понимают свойство жидкости оказывать сопротивление относительному сдвигу ее слоев под действием приложенной  [c.730]

Поведение простой жидкости в произвольном вискозиметри-ческом течении полностью определяется этими тремя вискози-метрическими функциями, которые характеризуют внутреннее свойство жидкости [1, стр. 24—25].  [c.178]

Сжимаемость, или свойство жидкости изменять свой объем под де]1ствием давления, характеризуется коэффициентом 1,, (ы /11) объемного сжатия, который представляет собой отиоситсльное изменение объема, приходящееся па единицу давления, т. е.  [c.9]

Вязкость представляет собой свойство жидкости сопротивляться сдвигу (скольжению) ее слоев. Это свойство проявляется в том, что в жидкости при определенных условиях возникают касательные напряжения. Вязкость есть свойство, T7 /7/V777777777777777,77/77777Z противоположное текучести более скорог.сй при  [c.11]

Чаще всего при обработке резанием применяют смазочно-охлаждающие жидкости. Обладая сма ывающими свойствами, жидкости снижа.ют трение стружки о переднюю поверхность инструмента и задних поверхностей инструмента о заготовку. Одновременно снижается работа деформирования. Общее количество теплоты, вы-  [c.270]

Определить отношение местного числа Нуссельта к числу Нуссельта для случая постоянных физических свойств жидкости Nuik/Nuo и значение местного коэффициента теплоотдачи в рассматриваемом сечении а, Вт/(м .°С). При расчете считать, что естественная конвекция не оказывает существенного влияния на теплообмен.  [c.114]

Расчет теплоотдачи при поперечном обтекании пучков труб ка пельной жидкостью можно производить по формуле (6-4) с введением поправки на изменение физических свойств жидкости по сечению потока в виде отношения (Ргш/Ргс)» [4], тогда  [c. 144]

Задача III. Даны располагаемый н.зпор FI, расход Q, длина трубопровода /, шероховатость его стенок А и свойства жидкости (v).  [c.237]

Если изменение открытия трубопровода происходит весьма быстро, предположение о неупругости системы становится неприемлемыми. Учет упругих свойств жидкости и стенок трубопровода приводит к расс.мотрению процесса распространения вдоль трубопровода волн упругих де-, формаций и связанных с ними волн резкого повышения и понижения давления (явление гидравлического удара).  [c.345]

При гаком определении давления вязкие свойства жидкости характеризуются одним коэффитгиентом ц. Для некоторых жидкостей этого недостаточно. Тогда предгюлагают, что давление зависит еще линейно и от относительной скорости объемного расширения 0, т. е.  [c.572]

Распыленная форсункой жидкость представляет собой ансамбль примерно сс рическйх капель различных размеров. Само формирование капель следует отнести к случайным процессам. Даже зафиксировав все параметры впрыска — расход, свойства жидкости, форму отверстия форсунки, ее тип, а также параметры потока воздуха внутри об мма, нельзя в одном и том же месте получить капли одинакового размера, обладающие одинаковой скоростью. Это объясняется флуктуационным характером взаимодействия газа и впрыскиваемой жидкости. Распределение капель, характер распыла, определяющие его качество, обычно характеризуются функцией распределения X, х), пред-  [c.384]

Жидкости содержат растворенные газы, количество которых в равновесных условиях зависит от свойств жидкости и газа, а также от давления и температуры. Зависимость равновесной концентрации z растворенного газа в жидкости от давления для слаборастворимых газов выражается законом Генри z = А (t)p, где р — парциальное давление газа над раствором A(t) -коэффициент пропорционапьности, зависящий от свойств жидкости и газа, а также от температуры. Для большинства жидкостей А (f) уменьшается с увеличением температуры. Очень часто растворимость газа в жидкости характеризуют с помощью коэффициента абсорбции Бунзена а, который равен объему газа, приведенному к О с и 760 мм рт. ст., поглощенному единицей объема жидкости при парциальном давлении газа, равном 760 мм рт. ст. В табл. 2.2 в качестве примера приведены данные о коэффициенте абсорбции для кислорода.  [c.27]

Используя принятое ранее допущение о постоянстве физических свойств охладителя на участках его одаюфазного течения и постоянстве свойств жидкости и пара в состоянии насыщения при известном внешнем давлении p , уравнение (6.37) можно существенно упростить  [c.142]


что к таковым относят в физике, описание и характеристики

Свойства жидкостей — что к таковым относят в физике

Жидкость по своим свойствам занимает промежуточное место между двумя другими агрегатными состояниями веществ — твердым и газообразным. Жидкости присущи некоторые свойства и твердого тела (сохраняет объем, обладает определенной прочностью на разрыв), и газа (принимает форму сосуда, в котором находится). Молекулы в жидкости расположены почти вплотную друг к другу, причем упорядоченно, так что можно говорить о существовании в жидкости ближнего порядка.

Основные физические свойства жидкости

Подобно твердому телу, жидкость обладает малой сжимаемостью и большой плотностью. Подобно газу, она не имеет упругости формы и легко течет. Молекулы жидкости, как и частицы твердого тела, совершают тепловые колебания, однако их положение равновесия время от времени изменяется, что и обеспечивает текучесть.

Также жидкости свойственна капиллярность — способность подниматься и опускаться в узких сосудах. Общая величина поверхности жидкости мала, и влияние стенок распространяется на всю поверхность. Сосуд в данном случае считается достаточно узким, капиллярным, если его размеры сравнимы с радиусом кривизны поверхности жидкости в нем. Это явление используют для обнаружения трещин размером от 1 мкм, не видных невооруженным глазом.

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.

Классификация жидких тел 

Жидкости делятся на ньютоновские, т.е. подчиняющиеся законам вязкого трения Ньютона, и неньютоновские.

Каждая молекула жидкости плотно окружена со всех сторон своими ближайшими соседями, находящимися на расстояниях порядка ее диаметра \delta. Она колеблется вокруг положения равновесия, а затем резко перепрыгивает к новому центру колебаний. За секунду молекула успевает сменить место «оседлой жизни» около 100 миллионов раз, совершив между перескоками от тысячи до 100 тысяч колебаний. Чем сильнее межмолекулярное взаимодействие, тем ниже подвижность молекул и больше вязкость. Если на колеблющуюся молекулу действует постоянная внешняя сила, например, со стороны соседнего движущегося слоя, то в направлении этой силы частица будет совершать больше скачков, чем в противоположном. Поэтому и на ее хаотические блуждания наложится упорядоченное перемещение со скоростью\( v\;=\;(N_1\;-\;N_2)\;\times\;\delta. \)

\(\delta\) здесь — длина одного скачка, \(N_1\) и \(N_2\) — среднее число скачков за одну секунду в направлении силы и в противоположном направлении соответственно.

Приложенная сила совершает работу по раздвиганию тех молекул, между которыми протискивается рассматриваемая частица. Эта работа в конечном счете идет на увеличение скорости беспорядочного теплового движения молекул. Скорость упорядоченного движения не меняется со временем, т.е. течение жидкости равномерное, несмотря на действие внешней силы. Значит, приложенную силу уравновешивает сила сопротивления, которая определяется вязкостью. При увеличении температуры подвижность молекул возрастает. Это приводит к уменьшению силы сопротивления, так как в нагретой жидкости чаще создаются благоприятные условия для перемещения частиц в направлении приложенной силы.

Ньютон предположил, что величина этой силы, называемой силой внутреннего трения, пропорциональна разности скоростей элементов жидкости. Конечно, в сплошной среде никаких элементов нет и это понятие используют лишь для наглядности, а скорость жидкости распределена непрерывно. Следовательно, сила внутреннего трения F пропорциональна изменению скорости жидкости v в направлении, перпендикулярном движению, и зависит от площади S соприкосновения элементов жидкости:

\(F\;=\;\eta\;\times\;\frac{d\;\times\;v}{d\;\times\;n}\;\times\;S.\)

Это закон вязкого трения Ньютона. Жидкости, в которых внутреннее трение подобным образом зависит от изменения скорости, называются ньютоновскими, или жидкостями с линейной вязкостью. Вода, бензин, спирт, глицерин и многие другие жидкости являются ньютоновскими.

Но среди жидкостей довольно часто можно встретить такие, динамика которых описывается более сложными соотношениями: например, загустевающие краски, лаки, строительные растворы, мед, смолы, глинистые и болотистые почвы и др.

Первые модели неньютоновских жидких сред были предложены во второй половине XIX века Джеймсом Кларком Максвеллом и Уильямом Томсоном. В ХХ веке благодаря работам Бингама и Рейнера этот раздел механики сплошных сред стал самостоятельной наукой, которая носит название реология, произошедшее от греческого слова «реос» — «течение», «поток».

Основные характеристики, описывающие жидкости

Форма, объем и вязкость

Силы взаимного притяжения молекул в жидкостях достаточно велики, чтобы удерживать молекулы вместе, так что в отличие от газов жидкости имеют постоянный собственный объем. В то же время эти силы недостаточны, чтобы держать молекулы в жесткой упорядоченной структуре, и поэтому у жидкостей нет постоянной формы.

Вязкость — свойство жидкости оказывать сопротивление перемещению отдельных слоев друг относительно друга, а также перемещению твердого тела, помещенного в жидкость. В международной системе единиц СИ вязкость имеет размерность \(Па\;\times\;с.\)

На практике распространена внесистемная единица вязкости пуаз, обозначаемый буквой П.

\(1 П = 0,1 Па \;\times\;с.\)

Эта единица измерения названа в честь французского физика Жана Луи Пуазёйля, который вывел формулу для объема жидкости V, протекающей за время t по трубе с гладкими стенками длиной l и диаметром d при разнице давлений на концах трубы \triangle p:

\(V\;=\;\frac{\mathrm\pi\;\times\;\mathrm d^4}{128\;\times\;\eta\;\times\;l}\;\times\;\triangle p. \)

Коэффициент пропорциональности \eta в этой формуле называется коэффициентом динамической вязкости.

Теплоемкость

Теплоемкость — скалярная величина, которая показывает, какое количество теплоты требуется для нагревания тела на 1 К. Единицей теплоемкости в СИ является джоуль на кельвин, сокращенно обозначаемый Дж/К.

В небольшом диапазоне температур можно считать, что внутренняя энергия u 1 моля вещества линейно зависит от температуры:

\(u\;=\;c_v\;\times\;T.\)

\(c_v\) здесь — молярная теплоемкость вещества при постоянном объеме.

Теплоемкость — характеристика процесса, зависящая от многих факторов, поэтому его параметры обычно оговариваются, например, давление считается равным атмосферному, а объем вещества постоянным. У жидкостей теплоемкость зависит от температуры, при этом для разных жидкостей эта зависимость различна. У одних жидкостей теплоемкость повышается при нагревании, у других — понижается, у третьих — падает до определенного минимума и начинает расти.

Поверхностное натяжение, сжимаемость и текучесть

Во внутреннем объеме жидкости молекулы имеют максимально возможное число «соседей», а на поверхности образуют меньше связей и потому обладают избытком энергии. Этим обусловлено одно из важнейших свойств жидкости — поверхностное натяжение: жидкость всегда стремится уменьшить свою поверхность. Вот почему свободно падающая жидкость принимает форму капли, а в невесомости — форму шара, поверхность которого при данном объеме минимальна.

Поскольку молекулы жидкого вещества уже находятся в довольно тесном контакте, сжимаемость жидкостей на много порядков ниже, чем газов.

Основное свойство жидкости — текучесть — древнегреческий философ Эпикур объяснял тем, что она состоит из круглых и гладких частиц, не способных зацепляться друг за друга. Аргументы в пользу этой точки зрения можно найти в труде римского ученого Тита Лукреция, жившего в I веке до н. э. Он объяснял текучесть жидкости, сравнивая ее поведение с поведением сыпучих тел.

В настоящее время известно, что движение частиц в жидкости представляет собой сочетание колебательного движения около некоторых положений равновесия и происходящих время от времени перескоков молекул из одних центров колебаний в другие. Если на жидкость действует внешняя сила, сохраняющая свое направление более длительное время, чем интервалы между скачками, жидкость начинает течь. Течение жидкости, таким образом, является результатом преимущественного перескакивания ее молекул в направлении действия внешней силы.

Испарение и конденсация жидкостей

Подобно молекулам газа, молекулы жидкости находятся в постоянном, хотя и сильно ограниченном, движении. Некоторые из них обладают достаточной энергией, чтобы преодолеть силы межмолекулярного притяжения и, оторвавшись от поверхности жидкости, перейти в газовую фазу. Этот процесс — испарение — происходит непрерывно. Одновременно идет и обратный процесс — конденсация, когда молекулы из газовой фазы возвращаются в жидкую.

При неизменной температуре в замкнутом объеме между процессами испарения и конденсации устанавливается динамическое равновесие, и давление пара принимает постоянное значение; это давление насыщенного пара жидкости при данной температуре. Если температура повышается, все больше молекул в жидкости приобретают необходимую для испарения энергию, поэтому давление насыщенного пара увеличивается. Наконец, когда давление пара сравнивается с внешним давлением, начинается интенсивное испарение не только на поверхности жидкости, но и в ее объеме — кипение. При постоянном давлении температура кипения жидкости также постоянна.

Сосуществование с другими фазами веществ

Жидкость часто сосуществует с паром или льдом. В неравновесном состоянии это сосуществование объясняется процессами испарения и конденсации, которые происходят не мгновенно. В равновесном состоянии, например, в замкнутом пространстве, пар становится насыщенным раньше, чем жидкость полностью испарится, и количество испаряемой жидкости становится равно количеству конденсируемой.

2. Основные свойства жидкости. Гидравлика

Читайте также

Повышенный расход охлаждающей жидкости

Повышенный расход охлаждающей жидкости Неисправности системы охлаждения Повреждение радиатора. Проверить герметичность радиатора. Мелкие дефекты радиатора устранить пайкой. При сильных повреждениях радиатор заменить.Повреждение шлангов или прокладок в соединениях.

3. Силы, действующие в жидкости

3. Силы, действующие в жидкости Жидкости делятся на покоящиеся и движущиеся.Здесь же рассмотрим силы, которые действуют на жидкость и вне ее в общем случае.Сами эти силы можно разделить на две группы.1. Силы массовые. По-другому эти силы называют силами, распределенными по

14.

 Методы определения движения жидкости

14. Методы определения движения жидкости Гидростатика изучает жидкость в ее равновесном состоянии.Кинематика жидкости изучает жидкость в движении, не рассматривая сил, порождавших или сопровождавших это движение.Гидродинамика также изучает движение жидкости, но в

15. Основные понятия, используемые в кинематике жидкости

15. Основные понятия, используемые в кинематике жидкости Сутью вышеупомянутого поля скоростей являются векторные линии, которые часто называют линиями тока.Линия тока – такая кривая линия, для любой точки которой в выбранный момент времени вектор местной скорости

19. Уравнение неразрывности жидкости

19.  Уравнение неразрывности жидкости Довольно часто при решении задач приходится определять неизвестные функции типа:1) р = р (х, у, z, t) – давление;2) nx(х, у, z, t), ny(х, у, z, t), nz(х, у, z, t) – проекции скорости на оси координат х, у, z;3) ? (х, у, z, t) – плотность жидкости.Эти неизвестные,

20. Характеристики потока жидкости

20. Характеристики потока жидкости В гидравлике потоком считают такое движение массы, когда эта масса ограничена:1) твердыми поверхностями;2) поверхностями, которые разделяют разные жидкости;3) свободными поверхностями.В зависимости от того, какого рода поверхностями

31. Уравнения движения вязкой жидкости

31. Уравнения движения вязкой жидкости Для получения уравнения движения вязкой жидкости рассмотрим такой же объем жидкости dV = dxdydz, который принадлежит вязкой жидкости (рис.  1).Грани этого объема обозначим как 1, 2, 3, 4, 5, 6. Рис. 1. Силы, действующие на элементарный объем

32. Деформация в движущейся вязкой жидкости

32. Деформация в движущейся вязкой жидкости В вязкой жидкости имеются силы трения, в силу этого при движении один слой тормозит другой. В итоге возникает сжатие, деформация жидкости. Из-за этого свойства жидкость и называют вязкой.Если вспомнить из механики закон Гука, то

27. Основные свойства газовых смесей

27. Основные свойства газовых смесей Множество нескольких различных газов, между которыми невозможно осуществить химическое взаимодействие, называют смесью идеальных газов. Давление рассчитывается по формуле:Pi = NikT/ V,где i= 1, 2, r, называется парциальным,r– число газов в

4.

1. Основные механические свойства материалов

4.1. Основные механические свойства материалов Изготовление ювелирных изделий – процесс многоступенчатый и начинается всегда с литья, т. е. получения сплава в жидком состоянии, заливки его в форму, кристаллизации. В отдельных случаях сплав используют в виде

О добавлении охлаждающей жидкости

О добавлении охлаждающей жидкости Если при значительном охлаждении автомобиля (-30 °C) уровень ОЖ в расширительном бачке существенно понизится, то не торопитесь доливать. Включите УОПД, запустите мотор, прогрейте его, зарядите ТА. Если после этого уровень ОЖ будет

§ 5.ОСНОВНЫЕ свойства танков.

§ 5.ОСНОВНЫЕ свойства танков. Основным свойством танка является его способность двигаться по местности. Это достигается гусеничным ходом и определяет тактические свойства танка в отличие от свойств бронированного автомобиля, который может двигаться лишь по дорогам.

Охлаждающие жидкости и основные требования к ним

Охлаждающие жидкости и основные требования к ним Большой недостаток воды как охлаждающей жидкости в системах охлаждения автомобильных двигателей – высокая температура замерзания, что делает ее непригодной для применения в зимнее время. Еще один недостаток – наличие

6.1.3. Рабочие и специальные жидкости

6.1.3. Рабочие и специальные жидкости В зависимости от назначения и свойств жидкости делятся на охлаждающие, тормозные, амортизационные и пусковые. Гидравлические масла работают при больших перепадах температур (от —40 до +80 °C), давлениях 10–15 МПа, скоростях скольжения до

Каковы свойства жидкостей?

Под жидкостью понимается любое вещество, которое не является газом и может течь, чтобы соответствовать форме контейнера. Жидкости находятся в одном из трех основных состояний вещества, которые включают газообразное и твердое состояния. Физические свойства жидкостей — это те свойства, которые можно легко наблюдать или измерить, не подвергая жидкость каким-либо химическим реакциям. Химические свойства — это те свойства, которые можно измерить или обнаружить только в результате химической реакции. Хотя каждое вещество обладает уникальными свойствами, химики используют определенные свойства жидкостей в качестве инструментов для их классификации и идентификации, а также для прогнозирования того, как они будут вести себя в определенных условиях и реагировать с другими веществами.

Физические свойства жидкостей включают в себя большое количество характеристик. Запах и цвет — два простых примера. Некоторые характеристики используются только для описания физических свойств жидкостей. Вязкость или толщина, например, описывает сопротивление жидкости тенденции к течению. Жидкость с высокой вязкостью очень густая, свойство, которое имеет тенденцию увеличиваться при понижении температуры.

Адгезия и когезия также являются физическими свойствами жидкостей, которые вместе создают свойство, известное как поверхностное натяжение. Адгезия — это способность жидкости прилипать к твердым веществам. Сплоченность — это тенденция молекул жидкости прилипать друг к другу. Эти свойства определяют поверхностное натяжение, которое представляет собой силу на поверхности жидкости, которая заставляет ее действовать как пленка. Именно поверхностное натяжение позволяет воде образовывать капли, и это является причиной того, что некоторые насекомые могут ходить по поверхности ручьев и луж.

Связанные с температурой свойства жидкостей включают температуру кипения, которая представляет собой температуру, при которой жидкость начинает испаряться или превращаться в газ. Точка замерзания — это температура, при которой жидкость начинает превращаться в твердое вещество. Каждая чистая жидкость будет иметь свои собственные точки кипения и замерзания. Плотность описывает количество массы, которая присутствует в данном объеме жидкости. Это иногда называют удельным весом, который является мерой плотности вещества по сравнению с чистой водой.

В то время как существует множество других физических свойств жидкостей, только несколько других обычно используются в науке. Смешиваемость с водой или способность растворяться в растворе может быть описана как способность растворяться в воде или поглощать воду, в зависимости от того, какая жидкость присутствует в наибольшем количестве в гипотетической смеси. Давление пара — это скорость, с которой жидкость испаряется в воздухе. Сжимаемость — это сопротивление жидкости сжатию, а расширение и сжатие описывают тенденцию жидкости увеличиваться или уменьшаться в объеме при изменении температуры.

Химические свойства жидкостей сильно варьируются от жидкости к жидкости и определяются как поведение жидкости в химической реакции. Каждая жидкость имеет свой набор химических свойств, включая pH, способность проводить электричество и воспламеняемость. Теплота сгорания описывает количество тепла, выделяемое при горении жидкости. Многие другие химические свойства также могут быть использованы для описания жидкостей, включая их реакционную способность с другими веществами, в частности с водой.

ДРУГИЕ ЯЗЫКИ

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА РАБОЧИХ ЖИДКОСТЕЙ в Минске, по Беларуси

Вязкость жидкости. Вязкостью называется свойство жидкости, заключающееся в том, что при ее движении по поверхностям скольжения возникают силы трения.

Процесс определения вязкости жидкости называется вискозиметрией, а приборы, которыми она определяется, вискозиметрами. Для оценки вязкости рабочих жидкостей, помимо динамического и кинематического коэффициентов, служит условная вязкость. В качестве единицы условной вязкости в СССР принят градус условной вязкости (ОВУ), а в странах Европы градус Энглера СЕ.

Вязкостью в градусах условной взкости ВУ и в градусах Энглера называется отношение времени истечения 200 см3 испытуемой жидкости через капилляр d = 2,8 мм при данной температуре ко времени истечения такого же объема воды при t=20 С. Условную вязкость жидкостей определяют вискозиметрами ВУ и Энглера.

Вязкость жидкости зависит от температуры и от давления. Теоретических зависимостей, выражающих закон изменения вязкости от температуры, нет. Имеются лишь экспериментальные формулы, приводимые в справочной литературе. Для некоторых часто применяемых в гидроприводах марок рабочих жидкостей экспериментальные зависимости приведены на рис. 2.

Рис. 2. Зависимость v=f(t С) для рабочих жидкостей

Для оценки влияния температуры на вязкость различных марок рабочих жидкостей пользуются температурным коэффициентом вязкости (ТКВ), который характеризует пологость кривой v = f (t С) в пределах температур, выбранных для сравниваемых рабочих жидкостей. Для машин лесной промышленности, работающих на открытом воздухе, сравнение рабочих жидкостей производят в интервале температур 0-80 град для летних марок и (-40) — (-20) град. для зимних марок рабочих жидкостей.

Чем меньше величина ТКВ для рабочих жидкостей, тем выше их эксплуатационные качества. Из применяемых в настоящее время в промышленных гидроприводах наиболее пологие вязкостно-температурные кривые имеют жидкости АМГ-I0 и ВМГЗ.

Зависимость вязкости от давления различная для разных температур и разных типов и марок рабочих жидкостей. Изменение вязкости при изменении давления учитывают при расчете утечек жидкости в гидроагрегатах, так как это изменение вязкости может компенсировать утечки, вызванные изменением давления и конструктивных размеров гидроустройств.

При смешивании различных марок рабочих жидкостей образуется однородная смесь, вязкость которой определяется процентным соотношением в смеси той или иной марки.

Сжимаемость жидкости характеризуется коэффициентом объемного сжатия. Величина обратная коэффициенту объемного сжатия назы вается модулем объемной упругости Е.

Сжимаемость рабочих жидкостей — явление отрицательное для гидравлического привода, так как на сжатие необратимо затрачивается энергия. Сжимаемость понижает жесткость гидропривода, может явиться причиной возникновения автоколебаний в гидросистеме, создает запаздывание в срабатывании гидороаппаратуры. Тем не менее в отдельных случаях сжимаемость рабочих жидкостей полезно используют в специальных механизмах или устройствах (например, в гидравлических амортизаторах и пружинах).

Сжимаемость жидкости зависит от температуры и давления. Однако в диапазоне температур и давлении, при которых эксплуатируются гидроприводы машин лесной промышленности (t до 80 С, Р до 20 МПа), сжимаемость изменяется незначительно, и этим изменением в практических расчетах пренебрегают. Значение модуля объемной упругости при t=20 град. и Р = Рат для рабочих жидкостей, применяемых в промышленных гидроприводах, колеблется от 1320 (АМГ-10) до 1720 (турбинное масло) МПа.

Растворимость газов. Все рабочие жидкости способны. растворять газы, которые, будучи в дисперсном (растворенном) состоянии, практически не оказывают влияния на их физические свойства. Наблюдается лишь незначительное уменьшение вязкости рабочих жидкостей. Растворимость газов а характеризуется отношением объема растворенного воздуха Vв при t=O с и Р=Рат К объему жидкости Vж, т. е. а= Vв/Vж .

Растворимость зависит от давления, температуры и типа рабочей жидкости и газа. Для минеральных масел увеличение давления при постоянной температуре приводит к линейному увеличению растворимости a=kp (k — растворимость на 0,1 МПа, зависящая от марки масла и равная 0,07-0,12; меньшие значения k соответствуют маркам масел с большей плотностью). В обычных условиях (при комнатной температуре и при атмосферном давлении) в рабочей жидкости содержится по объему до 6 % нерастворенного воздуха.

Растворимость воздуха имеет линейную зависимость и от температуры. Кроме того, она зависит от величины поверхности раздела воздуха и рабочей жидкости, приходящейся на единицу объема жидкости, и от состояния этой поверхности.

С увеличением поверхности раздела и при интенсивном перемешивании (например, незатопленной струей при сливе в гидробак) процесс насыщения рабочей жидкости воздухом резко ускоряется.

Как указывалось выше, воздух, будучи в растворенном состоянии, не оказывает заметного влияния на физические свойства рабочей жидкости. Однако если рабочая жидкость имеет высокую температуру, растворенный воздух интенсифицирует процесс ее окисления; при падении давления на каком-либо участке гидросистемы воздух, выделяясь из рабочей жидкости и оставаясь во взвешенном состоянии, уменьшает прочность пленки- и смазывающую способность рабочей жидкости.

Пенообразование. Выделение воздуха из рабочей жидкости при падении давления происходит значительно интенсивнее,чем ее насыщение при повышении давления. Это выделение может происходить столь быстро, что образуется устойчивая смесь рабочей жидкости и воздуха — пена. На интенсивность пенообразования оказывает влияние содержащаяся в рабочей жидкости вода: даже при ничтожном количестве воды (менее 0,1 % по массе рабочей жидкости) возникает устойчивая пена. Образование и стойкость пены зависят от типа рабочей жидкости, от ее температуры и размеров пузырьков, от материалов и покрытий гидроаппаратуры, с которыми соприкасается рабочая жидкость. Минеральные масла, применяемые в гидроприводах машин лесной промышленности, дают стойкую пену. При этом интенсивнее пенообразование происходит в жидкостях, бывших в эксплуатации и сильно загрязненных. Пенообразование может возникнуть и из-за омыления жидкости. С увеличением температуры стойкость пены уменьшается; при t> 700 происходит быстрый распад пены.

Выделяющийся из рабочей жидкости воздух и образующаяся пена — одна из причин снижения жесткости гидропривода, запаздывания срабатывания гидроаппаратуры, снижения объемного КПД насоса, появления шума в работе и возникновения гидравлического удара. В гидравлических следящих системах выделяющийся из жидкости воздух вызывает автоколебания и уменьшает устойчивость этих систем.

Химическая и механическая стойкость. При эксплуатации гидроприводов рабочая жидкость соприкасается с поверхностями баков, трубопроводов и гидроаппаратуры, подвергается воздействию высоких температур и давлений, вступает в реакцию с кислородом воздуха. Химическая и механическая стойкость характеризует способность жидкостей сохранять свои первоначальные физические свойства при эксплуатации и при хранении.

Во время работы гидропривода происходит окисление жидкости, сопровождающееся выпадением из нее смол и шлаков, отложением на поверхности элементов гидропривода тонкого твердого налета, понижением вязкости и изменением цвета жидкости. Продукты окисления, обладая кислотными свойствами, вызывают коррозию металлов и уменьшают надежность работы гидроаппаратуры. Налет на подвижных элементах гидроагрегатов может вызвать заклинивание плунжерных пар, заращивание дросселирующих отверстий, разрушение уплотнений и разгерметизацию гидросистемы, а снижение вязкости — увеличение утечек и уменьшение прочности пленки рабочей жидкости.

Интенсивность окисления повышается с увеличением температуры жидкости на поверхности ее конктакта с воздухом, а также с увеличением содержания в жидкости растворенного воздуха, механических примесей и воды.

Механические примеси (продукты износа элементов гидросистемы, грязь и др.) и вода являются катализаторами, интенсифицирующими процесс окисления жидкости. По данным Э. Льюиса и Х. Стерна (Гидравлические системы управления.М.: Мир, 1966), срок службы минеральных рабочих жидкостей с механическими примесями более чем в 2 раза меньше срока службы тех же жидкостей, но не имеющих механических примесей.

На окисляемость рабочих жидкостей оказывают влияние конструкционные материалы, из которых изготовлены элементы гидропривода и с которыми жидкость соприкасается. Так, в гидросистемах с трубопроводами из меди окисление жидкости в одних и тех же условиях происходит быстрее, чем в гидросистемах с трубопроводами из стали. Окисляемость рабочей жидкости характеризуется кислотным числом, которым называется количество гидрата окиси калия (КОН) в миллиграммах, необходимое для нейтрализации 1 г жидкости. Кислотное число меньше 1 считается нормальным показателем эксплуатации рабочей жидкости. Эксплуатация гидросистем с жидкостями, имеющими кислотное число выше 2, может вызвать серьезные повреждения гидроагрегатов. Высокое кислотное число является следствием недостаточной очистки рабочей жидкости. Таким образом, химическая стойкость определяется качеством очистки рабочих жидкостей.

Механическая стойкость характеризуется стабильностью вязкости рабочих жидкостей при воздействии на них высоких давлений. При многократном воздействии высокого давления вязкость жидкости уменьшается, что объясняется происходящими в ней молекулярно-структурными изменениями (деструкцией). Известно, например, что вязкость жидкостей, используемых в гидросистемах, работающих при высоком давлении, уменьшается быстрее, чем вязкость таких же рабочих жидкостей, по применяемых в гидросистемах с низким давлением. Это изменение вязкости необратимо, в связи с чем устанавливаются нормы допустимого изменения первоначальной (паспортной) вязкости рабочей жидкости. Для различных гидросистем такое изменение вязкости допускается в пределах 25-50 % от пер воначальной.

Совместимость. Совместимость рабочих жидкостей с конструкционными материалами и особенно с материалами уплотнений имеет очень большое значение. Рабочие жидкости на нефтяной основе совместимы со всеми металлами, применяемыми в гидромашиностроении, и плохо совместимы с уплотнениями, изготовленными из синтетической резины и из кожи. Синтетические рабочие жидкости плохо совмещаются с некоторыми конструкционными материалами и несовместимы с уплотнениями из маслостойкой резины.

Физические свойства и параметры жидкостей. Основные элементы потоков и виды течений. Кавитация. Уравнение Бернулли. Связь скорости и давления в потоке. Структура формулы для силы в гидродинамике. Геометрические и гидродинамические характеристики крыльев. Составляющие сопротивления судна

1. Физические свойства и параметры жидкостей. Основные элементы      потоков и виды течений. Кавитация.

  Жидкостью называют физическое тело, характеризующееся свой­ством текучести, обусловленное высокой степенью подвижности частиц жидкости друг относительно друга.

Различают капельные и газообразные жидкости.

Физические свойства жидкостей:

1)Плотностью жидкости называют массу единицы объема жидкос­ти. Если объем жидкости Vимеет массу М, то плотность равна    p=M/V.             

Плотность жидкости зависит от температуры, давления и солености, однако в большинстве случаев влиянием температуры и давления на жидкость несжимаемых жидкостей можно пренебречь.

2)Весомость жидкости характеризуется ее сдельным весом (или объемным весом). Удельным весом y называют вес единицы объема жидкости. у=G/V  (кН/м3)

3) Вязкостью жидкости называют свойство, в силу которого в ней проявляются силы внутреннего трения препятствующие сдвигающим усилиям. При малых скоростях движение жидкости вблизи поверхности тела имеет ламинарный (слоистый) характер. Отдельные слои жидкос­ти движутся почти параллельными струйками без переноса конечных малых объемов жидкости из одного слоя в соседние.

При движении слоев жидкости с различными скоростями между ними возникают напряжения внутреннего трения т, значения которых согласно закону Ньютона пропорциональны градиенту скорости ди/дп по нормали п к плоскости скольжения АВ :  τ=µ(dv\dn)

При решении ряда теоретических вопросов     в  целях упрощения изучения явлений, связанных с обтеканием тел жидкостью, в (гидродинамике часто пользуются понятием идеальной жидкости. В отличие от реальной абстрактная идеальная жидкость абсолютно несжимаема и обладает абсолютной подвижностью т. е. лишена вязкости. Коэффициенты μ и v идеальной жидкости равны нулю. Одна­ко все выводы, сделанные для идеальной жидкости, корректируются или дополняются применительно к реальной жидкости.

При обтекании жидкостью твердых тел свойство вязкости проявляется наиболее полно лишь в зоне, непосредственно примыкающей к телу, называемой пограничным слоем.

В пределах пограничного слоя скорости частиц жидкости изменяются от нуля на поверхности тела до значения скорости внешней среды на границе слоя.

Виды течения жидкостей.

В гидромеханике рассматривают два основных режима течения жидкости — ламинарный и турбулентный. При ламинарном движении связь между движущимися слоями осуществляется силами молекулярного сцепления частиц. Т. о., ламинарное движение жидкости характеризуется струйным течением, при котором отдельные ее слои движутся с различными скоростями в плоскостях, приблизительно параллельных поверхности границы потока. Сдвиг слоев сопровождается образованием касатель­ных напряжений трения, подчиняющихся закону Ньютона.

При турбулентном движении частицы жидкости помимо главного направления перемещаются в поперечном направлении. Следовательно, при турбу­лентном движении перенос количества движения из одного слоя в другой осуществляется главным образом путем перехода отдельных объемов жидкости из слоя в слой.

Линия тока- это линия, касательная к векторам скорости каждой из рассматриваемых частиц, полученная в конкретный момент времени.

Трубка тока(элементарная струйка) – часть потока однородной жидкости, проходящая через бесконечно малую площадку с одинаковыми скоростями линий тока. Основным свойством трубки тока является невозможность выхода частиц жидкости за стенки трубки тока.

Кавитация. Из уравнения Бернулли следует, что с увеличением скорости должно падать давление. При достаточно больших скоростях потока давление в точках, где коэффициент давления имеет минимальное значение, может упасть до давления насыщенных паров pdпри котором жидкость начнет кипеть. Это явление вскипания жидкос­ти без ее нагрева называют в гидромеханике кавитацией. Появлению кавитации способствуют растворенные в воде воздух и газы, которые выделяются при понижении давления. Пары жидкос­ти и выделившиеся из нее воздух и газы образуют полости, именуемые кавитационными кавернами.

Существует три вида кавитации: пузырчатая, пленочная и вихревая.

При пузырчатой кавитации каверны в виде отдельных пузырьков располагаются по телу разрозненными группами.напряжения, во много раз превосходящие его предел текучести. Происходит выкол материала, появляются трещины, интенсифицируется процесс коррозии. Такое разрушение материала называют кавитационной эрозией.

Из сказанного следует, что кавитация на телах (крыльях, лопастях гребных винтов) нежелательна. Для отдаления момента начала кави­тации следует по возможности увеличивать заглубление тела, подни­мая тем самым давление на поверхности тела, либо уменьшать пики разрежения £. Для уменьшения £ следует придавать телу более обте­каемую форму, увеличивая его длину по сравнению с шириной (тол­щиной).

2.    Уравнение Бернулли. Связь скорости и давления в потоке. Структура  формулы для силы в гидродинамике.

Выражением закона сохранения энергии в гидромеханике является уравнение Бернулли, связывающее между собой давление, скорость и характе­ристики жидкости. Будем считать, что жидкость идеальна и несжимаема, ее движение носит установившийся характер, а из массовых сил действует только вес. Выделим в элементарной струйке объем жидкости, образованный сечениями 1 и 2 (рис. 4.6). В течение малого промежутка времени δt этот объем переместится в положение 1′-2′, причем сечение 1 пере­двинется на расстояние    δl1 =  υ1δt а сечение 2 — на расстояние δl2 =  υ2δt. Из уравнения неразрывности следует, что расход жидкости через любое сечение струйки должен быть одинаков, поэтому объем жидкости 1-1′ должен быть равен объему 2-2′. Обозначив этот объем через б V, получим

δV = ω1δ11 = ω2δl2,                                                                  

где ω1 и ω2 — площади сечений 1 и 2.

В результате получаем:       z+ p/γ+ υ 2 /(2g) = const.                                                         

Свойства жидкостей — Chemistry LibreTexts

  1. Последнее обновление
  2. Сохранить как PDF
Без заголовков

Свойства ансамбля являются результатом того, что в образце находится большее количество атомов или относятся к нему.Это контрастирует с атомными или молекулярными свойствами.

  • Капиллярное действие
    Капиллярное действие можно определить как подъем жидкости через тонкую трубку, цилиндр или проницаемое вещество за счет адгезионных и когезионных сил, взаимодействующих между жидкостью и поверхностью. Когда межмолекулярное связывание самой жидкости существенно хуже поверхности вещества, с которым она взаимодействует, возникает капиллярность. Кроме того, диаметр контейнера, а также силы тяжести будут определять количество поднимаемой жидкости.
  • Силы сцепления и сцепления
    Силы сцепления и сцепления связаны с объемными (или макроскопическими) свойствами, и, следовательно, эти термины не применимы к обсуждению атомных и молекулярных свойств. Когда жидкость соприкасается с поверхностью (например, стенками градуированного цилиндра или столешницей), на нее будут действовать как силы сцепления, так и силы сцепления. Эти силы определяют форму, которую принимает жидкость.
  • Краевые углы
    Контактный угол — один из распространенных способов измерения смачиваемости поверхности или материала.Смачивание относится к изучению того, как жидкость, нанесенная на твердую (или жидкую) подложку, распространяется или способности жидкости образовывать граничные поверхности с твердыми состояниями. Смачивание, как упоминалось ранее, определяется путем измерения контактного угла, который жидкость образует при контакте с твердыми телами или жидкостями. Склонность к смачиванию тем больше, чем меньше угол смачивания или поверхностное натяжение.
  • Поверхностное натяжение
    Поверхностное натяжение — это энергия или работа, необходимая для увеличения площади поверхности жидкости за счет межмолекулярных сил.Поскольку эти межмолекулярные силы меняются в зависимости от природы жидкости (например, вода по сравнению с бензином) или растворенных веществ в жидкости (например, поверхностно-активных веществ, таких как детергент), каждый раствор проявляет различные свойства поверхностного натяжения.
  • Необычные свойства воды
    Поскольку 70% нашей земли — это вода океана, а 65% наших тел — вода, трудно не осознавать, насколько это важно в нашей жизни. Существует 3 различных формы воды или h3O: твердая (лед), жидкая (вода) и газ (пар).Поскольку вода кажется такой повсеместной, многие люди не знают о необычных и уникальных свойствах воды, в том числе:
  • Давление пара
    Давление — это средняя сила, которую материал (газ, жидкость или твердое тело) оказывает на поверхность. например стенки контейнера или другие ограничивающие границы. Давление пара или равновесное давление пара — это давление пара в термодинамическом равновесии с его конденсированными фазами в закрытом контейнере. Все жидкости и твердые вещества имеют тенденцию к испарению или возгонке в газообразную форму, а все газы имеют тенденцию конденсироваться обратно в жидкую или твердую форму.
  • Вязкость
    Вязкость — это еще один тип объемного свойства, определяемого как сопротивление жидкости течению. Когда внутри жидкости сильны межмолекулярные силы притяжения, вязкость выше. Примером этого явления может служить гонка двух жидкостей по лобовому стеклу. Что бы вы ожидали быстрее скатить лобовое стекло медом или водой? Очевидно, исходя из опыта, можно ожидать, что вода будет легко проходить мимо меда, факт, который показывает, что мед имеет гораздо более высокую вязкость, чем вода. поверхностное натяжение жидкости и, таким образом, позволяет ей легче растекаться.

Эскиз: капля воды на поверхности листа лотоса с углами контакта примерно 147 °. (Общественное достояние; Na2jojon).

11.6: Свойства жидкостей — Chemistry LibreTexts

Введение

Теперь, когда мы рассмотрели основные межмолекулярные силы, мы рассмотрим некоторые свойства жидкостей. В их число войдут:

  1. Испарение и конденсация
  2. Давление пара
    • Энтальпия испарения
    • Уравнение Клаузиуса-Клапериона
  3. Температура кипения
  4. Критическая температура и давление
  5. Температура и давление поверхности

Испарение и конденсация

Молекула в жидкости, которая движется к поверхности жидкости, может иметь достаточно кинетической энергии, чтобы преодолеть силы сцепления, которые удерживают молекулы в жидкости вместе и уходят в паровую (газовую) фазу.Точно так же молекула в газовой (паровой) фазе, которая сталкивается с молекулами на поверхности жидкости, может передавать энергию молекулам жидкости и переходить в жидкую фазу. Это приводит к двум фазовым переходам.

  1. Испарение — физическое изменение состояния, при котором химический объект превращается из жидкости в пар.
  2. Конденсация — физическое изменение состояния, при котором химическое вещество превращается из газа (пара) в жидкость.
Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Двухфазная диаграмма, показывающая молекулы в жидкой фазе, входящие в газовую фазу (испарение), и молекулы в газовой фазе, входящие в жидкую фазу (конденсация).

Эту концепцию также можно распространить на твердые вещества, которые подвергаются сублимации и осаждению, и мы можем определить два типа веществ:

  1. Летучие вещества — вещество, которое может испаряться или возгоняться.
  2. нелетучая субстанция — вещество, которое не испаряется и не возгоняется.

Летучее вещество имеет измеряемое давление пара, которое представляет собой парциальное давление, создаваемое молекулами, вошедшими в газовую фазу.Нелетучие вещества не обладают измеряемым давлением пара. Следует также отметить, что термины «пар» и «газ» часто используются как синонимы, хотя между ними существует неявное различие. Молекула в паровой фазе — это молекула в газовой фазе, но подразумевается, что частицы могут быть также в твердой или жидкой фазе. То есть система является или была неоднородной. Таким образом, если образец воды полностью испаряется (т.е. жидкости не остается), это чистый газ, но его часто называют паром, даже если это был чистый газ.

В этой главе мы рассмотрим жидкости, а в следующей главе мы рассмотрим твердые тела.

Давление пара

Давление пара жидкого вещества — это парциальное давление, создаваемое частицами этого вещества, которые обладают достаточной кинетической энергией, чтобы преодолеть силы сцепления у поверхности жидкости и войти в газовую фазу и образовать пар. В тот момент, когда химическое соединение входит в газовую фазу, оно может удариться о поверхность и снова конденсироваться в жидкую фазу (рисунок \ (\ PageIndex {1} \)).Если мы игнорируем межмолекулярные взаимодействия для молекул, которые входят в паровую фазу, мы можем использовать закон идеального газа (PV = nRT) для корреляции давления пара с количеством частиц в этой фазе, где давление пара становится парциальным давлением из-за газ.

\ [P_ {A} = \ frac {n_ {A} RT} {V} \]

Давление пара как равновесное давление

Хотя уравнение 11.6.1 описывает давление, создаваемое жидкостью (A), молекулы которой вошли в паровую фазу, это не всегда то, что химики называют давлением пара.Химики считают, что давление пара является равновесным давлением, когда скорость испарения химических веществ равна скорости, с которой они конденсируются . Если эти скорости не равны, общее количество молекул в паровой фазе изменяется, и, таким образом, изменяется давление пара. Когда они равны, у вас есть динамическое равновесие, при котором отдельные частицы постоянно испаряются и конденсируются, но количество частиц в газовой фазе постоянно, и это приводит к постоянному значению равновесного давления, которое называется давлением пара. этого вещества (над жидкой поверхностью).Эти значения действительно зависят от температуры (см. Ниже) и часто приводятся в термодинамических таблицах как функция температуры.

Рисунок \ (\ PageIndex {2} \) иллюстрирует эту концепцию. Представьте, что у вас есть летучая жидкость (жидкость, которая может испаряться), которая полностью заполняет контейнер, поэтому над жидкостью не остается места (чтобы не было пара). Если вы затем немедленно удалите часть жидкости (скажем, с помощью шприца), над жидкостью останется пустота, но не будет молекул. Они начнут испаряться, и скорость их испарения будет зависеть от поверхности (чем больше площадь поверхности, тем выше скорость) и температуры (которая описывает среднюю кинетическую энергию системы.Если температура и площадь поверхности постоянны, то скорость испарения постоянна (зеленая линия, рисунок \ (\ PageIndex {2} \)). Первоначально в газовой фазе не было жидких частиц, поэтому как парциальное давление (Рисунок \ (\ PageIndex {3} \)), так и начальная скорость конденсации (Рисунок \ (\ PageIndex {2} \)) равны нулю. Как только некоторые молекулы входят в газовую фазу, парциальное давление начинает расти (уравнение 11.6.1 и рисунок \ (\ PageIndex {3} \)), и некоторые из этих молекул теперь могут сталкиваться с поверхностью и конденсироваться.По мере того, как количество частиц в газовой фазе увеличивается, скорость их столкновения с поверхностью увеличивается, и поэтому скорость конденсации увеличивается (рисунок \ (\ PageIndex {2} \)). Количество частиц в газовой фазе продолжает расти до тех пор, пока скорость, с которой они испаряются (постоянное значение), не сравняется со скоростью, с которой они конденсируются, и динамическое равновесное давление не будет достигнуто (плоская область кривых на рисунках 11.6. 2 и 3).

Вы должны знать, что постоянное значение равновесного давления — это то, что химики называют давлением пара , хотя, если система не находилась в равновесии (слева от пунктирной линии, указывающей, что скорости конденсации и испарения равны), мы бы по-прежнему называли это давлением пара.На рисунке \ (\ PageIndex {4} \) показан прибор для измерения давления пара жидкости. Это часто является проблемой для студентов, поскольку значение слова часто зависит от контекста (например, кислород — это одноатомный атом «O» или двухатомная молекула «O 2 »?) Если мы специально не описываем систему которое не находится в равновесии, давление пара является равновесным давлением, когда скорости испарения равны конденсации, и это имеет определенное значение (которое является функцией температуры).

Рисунок \ (\ PageIndex {2} \): Скорость испарения и конденсации летучего жидкого вещества, которое в нулевой момент времени может переходить в газовую фазу при постоянной температуре. Скорость испарения связана с площадью поверхности и, следовательно, постоянна, в то время как скорость конденсации зависит от количества частиц в газовой фазе и увеличивается со временем, пока не достигнет скорости испарения, при которой устанавливается динамическое равновесие. достигнуто.

Рисунок \ (\ PageIndex {3} \): этот рисунок соответствует рисунку 11.6.c, но показывает, как парциальное давление летучей жидкости (A) увеличивается со временем. То, что химики называют давлением пара вещества, является равновесным давлением пара.

Рисунок \ (\ PageIndex {4} \): Манометр с закрытым концом (правая сторона не подвергается воздействию атмосферы) находится в равновесии (жидкость в трубке, скажем, ртуть, находится на той же высоте), и первоначально нет жидкости. Во время (а) в колбу слева впрыскивается летучая жидкость, которая начинает испаряться, вытесняя ртуть, и ртуть поднимается до максимального значения (когда скорость испарения равна конденсации), и это равновесное давление составляет пар давление летучего соединения (в мм рт. ст. или торр, если жидкостью является рт. ст.).

Следует подчеркнуть, что давление пара является равновесным явлением и, следовательно, требует, чтобы газ находился в закрытом контейнере. Если емкость с водой закрыта, часть воды испарится, пока не достигнет равновесного давления пара. Если контейнер открыт для атмосферы, вся вода в конечном итоге испарится, и у вас будет газ, а не газ, находящийся в равновесии с жидкостью.

Температурная зависимость давления пара

Нам необходимо понять, что такие понятия, как жидкость, газ, испарение и конденсация, являются свойствами не отдельных химических объектов, таких как молекула или атом, а огромного их количества, и их следует рассматривать как свойства ансамбля частиц, и не отдельных атомов или молекул.Группа молекул имеет свои энергии, распределенные по диапазону значений, что приводит к профилям скорости, подобным показанным на рисунке 11.6.5. Площади под кривыми равны и представляют общее количество молекул в образце. При повышении температуры кривая сглаживается и тянется вправо, поскольку все больше молекул движутся быстрее. Если V escape — это минимальная скорость, необходимая для выхода из поверхности жидкости, только те молекулы со скоростью, равной или большей, могут ускользнуть (заштрихованная часть кривой).Из рисунка 11.6.5 видно, что доля молекул, которые могут войти в газовую фазу (отношение заштрихованной площади к общей площади под кривой), увеличивается с повышением температуры, и поэтому количество молекул в паровой фазе увеличивается. при повышении температуры. Это приводит к увеличению давления пара в зависимости от температуры, что показано на рисунке 11.6.6 для различных веществ.

Рис. \ (\ PageIndex {5} \): профиль скорости, показывающий, как отдельные молекулы в веществе обладают различной кинетической энергией.Если V escape представляет собой минимальную скорость, которая необходима молекуле около поверхности для выхода из жидкой фазы, то только те молекулы, скорость которых превышает ее, могут войти в газовую фазу. По мере повышения температуры количество молекул со скоростью, превышающей V escape , увеличивается, и большее количество молекул входит в паровую фазу.

Следует отметить, что то, что частица движется достаточно быстро, чтобы покинуть поверхность, не означает, что она будет двигаться, поскольку она также должна двигаться в правильном направлении.

На следующем рисунке (11.6.6) мы смотрим на давление пара как функцию температуры. Это важная диаграмма для понимания, поскольку она связывает молекулярную структуру с давлением пара вещества. То есть для молекул одинаковой массы, чем сильнее межмолекулярные силы, тем ниже давление пара. Мы можем как бы визуализировать взаимодействие двух различных и противоположных энергий; увеличение кинетической энергии, что способствует паровой фазе, в то время как увеличение межмолекулярных сил благоприятствует жидкой фазе.В следующем разделе мы рассмотрим это более подробно, и вам следует вернуться к этой диаграмме.

Рисунок \ (\ PageIndex {6} \): график зависимости давления пара от температуры для различных веществ. Следует отметить, что это «ограниченная функция», где нижний предел соответствует температуре плавления, а верхний предел — температуре кипения вещества. То есть концепция давления пара требует наличия жидкой фазы. Таким образом, для воды при давлении 1 атм нижний предел составляет 0 o C (как показано ниже, у вас есть лед), а верхний предел составляет 100 o C, как и выше, у вас есть чистый газ.

Давление пара: межмолекулярные силы, массы частиц и энтальпия испарения

Из кинетической молекулярной теории газов и наших исследований закона истечения Грэма мы знаем, что кинетическая энергия пропорциональна абсолютной температуре, и, когда мы повышаем температуру, мы увеличиваем кинетическую энергию, 1 / 2mv 2 (где m = масса и v = скорость), и, таким образом, легкая молекула будет двигаться быстрее, чем тяжелая. Конечно, для газа или жидкости у вас есть ансамбль частиц и функция распределения по скоростям, как на рисунке 11.6.7, где более легкие частицы имеют тенденцию двигаться быстрее, чем более тяжелые (если у них одинаковые межмолекулярные силы).

Рисунок \ (\ PageIndex {7} \): Профиль постоянной температуры и скорости двух одинаковых неполярных молекул, хлора и фтора. Обратите внимание, что более легкие молекулы имеют тенденцию двигаться быстрее, чем более тяжелые, и если бы была температура, при которой они оба существовали в виде жидкости, давление пара фтора было бы выше, чем у хлора.

Вкратце:

  • Более легкие молекулы имеют тенденцию двигаться быстрее, чем более тяжелые при данной температуре, поэтому увеличение массы приводит к снижению давления пара.
  • Более сильные межмолекулярные силы подавляют давление пара

Эти эффекты очевидны в 11.6.6, где мы можем наблюдать несколько тенденций при заданном давлении, и вы должны быть в состоянии объяснить эти

  • При заданной температуре P диэтиловый эфир > P этанол > P вода > P этиленгликоль . Диэтиловый эфир неполярен, поэтому, несмотря на то, что он самый тяжелый, он имеет самые слабые межмолекулярные силы и легче всего испаряется.Остальные три соединения не только полярны, но и имеют водородные связи. Этанол имеет одну группу ОН, в то время как вода и этиленгликоль имеют две группы, поэтому, несмотря на то, что он тяжелее воды, он имеет более низкое давление пара. И вода, и этиленгликоль имеют две группы ОН, но вода легче, и поэтому имеет более высокое давление пара.
  • При данной температуре P вода > P н-октан , хотя вода имеет водородные связи, н-октан составляет 114 а.е.м., вес 6.В 3 раза больше, чем у воды, и будучи большой сильно поляризуемой молекулой с большим количеством площадей поверхности, она обладает сильными лондонскими дисперсионными силами.
  • У ртути очень низкое давление паров, и необходимо понимать, что, будучи металлом, он имеет металлические связи, которые мы рассмотрим в следующей главе. Хотя ртуть в стандартных условиях является жидкостью с небольшим давлением пара, ее пары представляют серьезную проблему для здоровья, поскольку она биоаккумулируется.

Энтальпия испарения — это энтальпия, необходимая для преобразования одного моля вещества из жидкости в пар, и на нее влияют как масса частицы, так и ее межмолекулярные силы.Чем выше энтальпия испарения, тем больше энергии требуется для испарения вещества и тем ниже давление пара. Более высокая масса и более сильные межмолекулярные силы приводят к более высокой энтальпии парообразования и более низкому давлению пара.

Уравнение Клаузиуса-Клапейрона: математический вывод давления пара

По сути, давление пара над жидкостью представляет собой разделение частиц между двумя фазами, жидкостью и газом, то есть в каждой фазе есть доля частиц.{- \ frac {\ Delta H_ {vap, A}} {RT}}} _ {\ text {экспоненциальная форма}} \ label {11.6.2} \]

\ [\ underbrace {\ ln P_ {A} = — \ frac {\ Delta H_ {vap, A}} {RT} + C} _ {\ text {логарифмическая форма}} \ label {11.6.3} \]

где:

  • P A = Давление пара над летучей жидкостью «A»
  • \ (\ Delta H_ {vap, A} \) = энтальпия испарения для «A», всегда положительная, потому что она эндотермическая
  • R = 8,314 Дж / моль-К (идеальная газовая постоянная)
  • T = Абсолютная температура в Кельвинах (всегда положительная
  • k = положительная константа в единицах давления, мы будем рассматривать ее как «неизвестную константу», но она связана с максимально возможным давлением и не будет использоваться в наших расчетах.{положительное \: число}} = \ frac {1} {число> 1} \) = дробь
    • \ (\ Delta H_ {vap, A} \)
      • Когда \ (\ Delta H_ {vap, A} \) становится малым и приближается к нулю, дробь приближается к 1 как e 0 = 1
      • Когда \ (\ Delta H_ {vap, A} \) становится большим, а e большое число становится очень большим, и величина, обратная большому числу, приближается к нулю.
    • RT Это термин молярной кинетической энергии, связанный с трехмерным поступательным движением (через закон идеального газа он связан с работой фотоэлектрической энергии, из раздела 5.{- \ frac {\ Delta H_ {vap, A}} {RT}} \) приближается к 0.

      Помните, что при постоянном давлении наименьшая Т определяется точкой замерзания, а самая высокая Т определяется точкой кипения, , и только в этом диапазоне возможна система, в которой пар может находиться в равновесии с жидкостью. Ниже этой температуры жидкость замерзает, а выше у нее появляется газ (как только система достигает равновесия).

      Из ур. 11.6.3, наклон линейного графика lnP v как функции обратной температуры (1 / T) равен — \ (\ Delta H_ {vap, A} \) / R и может использоваться для измерения энтальпии испарения.

      Рисунок \ (\ PageIndex {8} \): График натурального логарифма давления пара в зависимости от обратной температуры может быть использован для измерения энтальпии парообразования. \ (\ Delta H_ {vap, A} \) = — R (Наклон).

      Форма с двумя состояниями уравнения Клаузиуса-Клаперирона:

      Подход с двумя состояниями будет использоваться снова и снова в этом семестре, и он был введен в генхиме 1 в газовых законах (раздел 10.2.4), когда он был применен к уравнению идеального газа, а здесь он применяется к уравнению Клаузиуса- Уравнение Клапериона, являющееся экспоненциальным уравнением.{\ frac {\ Delta H_ {v}} {R} (\ frac {T_1-T_2} {T_2T_1})}} \ label {11.6.6} \]

      Логарифмическая форма:

      Вы можете взять натуральный логарифм уравнения. 11.6.5 и найти энтальпию испарения

      \ [ln (\ frac {P_1} {P_2}) = — \ frac {\ Delta H_V} {R} \ left (\ frac {1} {T_1} — \ frac {1} {T_2} \ right) \ этикетка {11.6.7} \]

      Это можно изменить на

      \ [\ Delta H_V = \ frac {R} {\ frac {1} {T_2} — \ frac {1} {T_1}} ln (\ frac {P_1} {P_2}) \ label {11.6.8} \ ]

      или

      \ [\ Delta H_V = \ frac {RT_1T_2} {T_1-T_2} ln \ frac {P_1} {P_2} \ label {11.6.9} \]

      Формы, представленные в уравнениях 11.6.6 и 11.6.9, имеют преимущества в том, что их легче «читать». Вы знаете, что с увеличением T давление пара повышается, и вы знаете, что энтальпия парообразования должна быть положительной.

      Давайте посмотрим на 11.6.6:

      • Если T 1 2 , то показатель в правой части отрицательный и дробный, что означает P 2 > P 1 , что имеет смысл.
      • Если T 1> T 2 , то показатель в правой части положительный, число больше 1, что означает P 2

        1 , что имеет смысл.

      Давайте посмотрим на 11.6.9

      • Если T 1 2 , то P 1

        2 ,

        • Член 1 / (T 1- T 2 ) отрицательный
        • P 1/ P 2 , — дробная часть, а ln дроби — отрицательное число

      Это означает, что энтальпия испарения является положительным числом, так как деление отрицательного числа на положительное дает отрицательное число, и это имеет смысл.

      • Если T 1 > T 2 , то P 1 > P 2 ,
        • Член 1 / (T 1- T 2 ) положительный
        • P 1/ P 2 , больше 1 и ln является положительным числом

      И снова энтальпия парообразования положительна.

      Уравнение Клаузиуса-Клапериона — это первое уравнение такой формы, которое мы покрываем в этом семестре. По мере прохождения семестра у нас будут другие аналогичные уравнения, такие как уравнение Аррениуса (экзамен 2) и уравнение свободной энергии Гиббса (экзамен 4).{o}\)»> -241,8

      Ответ

      72,27 торр, что недалеко от опубликованного значения 71,93 торр. Обратите внимание: сначала мы решили уравнение, а затем присвоили состояния. Это уравнение может принимать множество правильных форм. В конце задачи вы всегда должны спрашивать, имеет ли мой ответ смысл? В данном случае мы повысили температуру, что привело к увеличению давления пара, и это имеет смысл.Если в задаче вы поднимаете температуру, а давление падает, вам нужно внимательнее присмотреться к своей работе, чтобы увидеть, сможете ли вы найти свою ошибку. Обычно это либо математическая ошибка, либо неправильное присвоение ваших данных алгебраическим переменным. Вот почему я создаю таблицу со столбцом для каждого состояния, так как это снижает вероятность переключения значений.

      Температура кипения

      Точка кипения определяется, когда давление пара равно атмосферному (окружающему) давлению.При этом давлении молекулы в объеме жидкости превращаются в пар и пузыряются через жидкость. В этом разница между кипением и испарением.

      В чем разница между кипением и испарением?

      • Испарение — поверхностные явления, при которых молекулы жидкости на поверхности испаряются, покидают силы сцепления (притяжения) и переходят в газовую фазу
      • Кипение — явление объемной жидкости, при котором жидкое состояние становится нестабильным и самопроизвольно образует пар, даже если он находится не у поверхности.Это происходит, когда давление пара равно атмосферному давлению. Когда вы видите, как закипает вода, эти пузырьки являются не пузырьками воздуха, а водяным паром.

      Какие два способа кипячения вещества?

      1. При постоянном давлении (изобара) увеличивайте температуру до тех пор, пока давление пара не сравняется с давлением окружающей среды
      2. При постоянной температуре (изотерме) понижайте давление окружающей среды, пока оно не сравняется с давлением пара.
      Рисунок \ (\ PageIndex {9} \): Кривая давления пара для воды, показывающая, как температура, при которой вода закипает, зависит от давления.

      Это объясняет, как скороварка или автоклав работает для приготовления пищи или стерилизации оборудования, потому что вы можете поднять температуру выше 100 o C. Это также объясняет, почему вам нужно варить яйцо дольше в горах, потому что давление окружающей среды слишком велико. ниже. В таблице 11.6.1 показано, как температура кипения pt. различные места на Земле меняются по мере изменения высоты (помните, что давление возникает из-за «столба воздуха» над вами, и чем выше вы находитесь, тем меньше воздуха над вами.

      Что означает НОРМАЛЬНАЯ ТОЧКА КИПЕНИЯ?
      Нормальная точка кипения — это температура, при которой вещество кипит при давлении в 1 атмосферу

      Таблица 11.6.1 Точки кипения в разных точках Земли.
      Место Высота над уровнем моря (футы) Атмосферное давление (мм рт. Ст.) Температура кипения воды (° C)
      Mt.Эверест, Непал / Тибет 29 028 90 485 240 70
      Богота, Колумбия 11,490 495 88
      Денвер, Колорадо 5280 633 95
      Вашингтон, округ Колумбия 25 759 100
      Мертвое море, Израиль / Иордания −1312 799 101.4

      Упражнение \ (\ PageIndex {1} \)


      Учитывая следующие температуры плавления и кипения, назовите две причины, почему йод является твердым веществом, а фтор — газом на STP?

      Галоген мп (К) п.н. (К)
      Ф. 2 53,5 85,0
      Класс 2 172.2 238,6
      Br 2 265,9 331,9
      I 2 386,7 457,5
      Ответ

      Все вышеперечисленные молекулы неполярны, и между ними действуют силы лондонской дисперсии (мгновенный диполь-индуцированный диполь).

      • Причина 1: Молекулы фтора легче и, следовательно, имеют тенденцию двигаться быстрее при данной температуре, чем более тяжелые молекулы йода (посмотрите на профили скорости).
      • Причина 2: Йод более поляризуем и, следовательно, имеет более сильные межмолекулярные силы. Он более поляризуемый, потому что у него (а) больше электронов и (б) больший объем, что приводит к тому, что его электроны удерживаются менее плотно (и, следовательно, более поляризуемы).

      Упражнение \ (\ PageIndex {2} \)


      Предсказать тенденцию изменения температур кипения следующих линейных углеводородов: CH 4 , C 2 H 6 , C 3 H 8 , C 4 H 10 и C 5 Н 12 :

      Ответ

      CH 4 2 H 6 3 H 8 4 H 10 5 H 12 .потому что это направление (а) увеличения массы и (б) увеличения поляризуемости и, таким образом, увеличения сил дисперсии Лодона.

      Упражнение \ (\ PageIndex {3} \)


      Расположите следующие в порядке увеличения точки кипения.

      1. HF, HCl, HBr и HI

      Ответ

      HCl

      Критическая температура и давление

      Есть две жидкие фазы, газовая и жидкая.

      • Газовая фаза,
        • предпочтение при низком давлении (частицы далеко друг от друга)
        • Преимущество при высокой температуре (частицы с высокой кинетической энергией делают силы притяжения незначительными)
      • Жидкая фаза
        • Преимущество при высоком давлении (молекулы расположены близко друг к другу)
        • Предпочтение при низкой температуре (силы притяжения могут конкурировать с движением и удерживать молекулы вместе

      Следующее видео было создано в ETH Zurich в рамках выставки по улавливанию и хранению углерода.В этом видео у них есть два вещества разной плотности, которые «плавают» на жидком диоксиде углерода при температуре 28 o ° C и 69 бар, но одно из них более плотное, чем сверхкритический диоксид углерода. Затем они поднимают его до критической точки 31,1 o ° C и 73,9 бар, и фазы сливаются, причем один поплавок опускается, а другой перемещается. Затем они возвращаются к исходному состоянию, и граница восстанавливается, и оба поплавка возвращаются на поверхность.

      YouTube, разработанный ETH Zurich, для описания сверхкритических флюидов https: // youtu.be / P9EftqFYaHg

      Мы вернемся к сверхкритическим флюидам и критической точке в следующей главе, когда рассмотрим фазовые диаграммы.

      Поверхностное натяжение, капиллярное действие и вязкость

      Введение

      Силы сцепления — это силы притяжения между частицами внутри вещества (или фазы), а адгезия — между двумя разными веществами (или фазами). Они могут объяснить такие свойства, как поверхностное натяжение и вязкость, а также такие явления, как капиллярное действие, и почему мениск иногда бывает вогнутым, а иногда — выпуклым.

      • Силы сцепления — межмолекулярные силы притяжения, удерживающие частицы жидкости вместе.
      • Адгезионные силы — межмолекулярные силы между молекулами жидкости и другим веществом, например стеклянной поверхностью.

      Вы должны быть в состоянии предсказать тенденции на основе межмолекулярных сил для них.

      Поверхностное натяжение

      На поверхности жидкости существуют незначительные силы сцепления, притягивающие жидкость к газовой фазе, но существенные силы сцепления, притягивающие жидкость к самой себе.В результате частицы около поверхности жидкости ощущают чистую силу, втягивающую их в жидкость, что приводит к уменьшению площади поверхности, поэтому жидкости образуют капли. Поверхностное натяжение связано с силой, необходимой для увеличения площади поверхности, и может объяснить, почему такие предметы, как канцелярская скрепка, могут плавать, если они находятся на поверхности, но тонут, если они находятся под поверхностью. Чем сильнее межмолекулярные силы, тем больше поверхностное натяжение.

      Рисунок \ (\ PageIndex {10} \) :.Диаграмма слева показывает векторную разность сил, действующих на частицу в жидкости, которые находятся в объеме и на поверхности. На картинке справа изображена скрепка, плавающая в воде, хотя она плотнее воды. (оба изображения взяты из Википедии).

      1:24 youtubeYoutube о поверхностном натяжении от лаборатории молекулярного литья Беркли, https://youtu.be/ciqNNRlS2yA.

      Капиллярное действие

      Благодаря капиллярному действию полярные жидкости, такие как вода, могут подниматься вверх по трубкам узкого диаметра против силы тяжести.

      Рисунок \ (\ PageIndex {11} \): действия капилляров, показывающие, как чем тоньше трубка, тем выше поднимается вода.

      На самом деле не все вещества поднимаются вверх, некоторые даже падают. Это результат взаимодействия жидкости с твердым телом, и здесь действуют два типа сил: когезионные и адгезионные.

      Стекло создано на основе диоксида кремния (например, песка), а на его поверхности много гидроксильных групп (ОН), которые могут участвовать в водородных связях. Это приводит к сильным силам сцепления с полярными растворителями, такими как вода, и если силы сцепления превышают силы сцепления, вода будет ползать вверх по маленькой капиллярной трубке, как показано на рисунке 11.6. м.

      Рисунок \ (\ PageIndex {12} \): Две стеклянные капиллярные трубки помещены в полярную и неполярную жидкости. В случае стекла в воде силы сцепления больше, чем силы сцепления, и вода притягивается вверх по трубке. В случае ртути, которая не притягивается к стеклу, силы сцепления больше, чем у клея, и возникает фактическое углубление, поскольку ртуть отталкивается от трубки.

      Мениск: Мениск изгибается вверх, когда силы сцепления> силы сцепления, и вниз, когда силы сцепления> силы сцепления.В случае воды и стекла легкая пленка воды поднимается по поверхности устройств большого диаметра, таких как бюретки и градуированные цилиндры, и вы читаете с нижней части мениска. В случае с такими приборами, как ртутные термометры и барометры, вы читаете от верхней части мениска.

      • Клей> Когезив — мениск поднимается вверх
      • Когезив> Клей — мениск опускается

      Рисунок \ (\ PageIndex {13} \): Диаграмма, показывающая различные типы мениска.

      Вязкость — сопротивление течению

      Вязкость жидкости является мерой ее сопротивления потоку. Жидкость с высокой вязкостью подобна патоке и имеет большое сопротивление потоку, в то время как жидкость с низкой вязкостью будет похожа на воду и иметь низкое сопротивление потоку. Следующие 2 You Tubes демонстрируют жидкости с высокой и низкой вязкостью.

      0,33 мин Youtube, показывающий заливку жидкостей с высокой и низкой вязкостью, https://youtu.be/vNzTYzjLgKE.

      0,33 мин. Анимация на YouTube, показывающая, как свинцовый шар падает в два цилиндра, один с жидкостью с высокой вязкостью, а другой с жидкостью с низкой вязкостью.

      Единицами вязкости являются пуаз (П) или сантипуаз (сП)

      1P = 0,1 Н с м -2 = 0,1 Паскаль-секунду
      1cP = 0,001 Н с м -2

      Таблица \ (\ PageIndex {2} \): вязкость и поверхностное натяжение для различных веществ. Не то, что неполярные молекулы, такие как диэтиловый эфир, имеют низкую вязкость, в то время как молекулы с тяжелыми водородными связями, такие как глицерин, имеют большую вязкость.
      Обычная
      жидкость
      Вязкость
      / сП
      Поверхностное натяжение
      / Н · м-1
      Диэтиловый эфир 0.233 0,0728
      Хлороформ 0,58 0,0271
      Бензол 0,652 0,0289
      Тетрахлорметан 0,969 0,0270
      Вода 1,002 0,0728
      Этанол 1.200 0,0228
      Меркурий 1,554 0,436
      Оливковое масло 84
      Касторовое масло 986
      Глицерин 1490 0,0634
      Очки очень большой

      Вязкость сильно зависит от температуры, как указано в таблице 11.6,3

      Таблица 11.6.3: Вязкость воды как функция температуры.
      Температура
      / ° C
      Вязкость
      / сП
      20 1,002
      40 0,653
      60 0,467
      80 0,355
      100 0.282

      Автомобильное масло смазывает двигатель вашего автомобиля и классифицировано по своей вязкости с номером SAE (Общество автомобильных инженеров), где SAE 5 является маслом с низкой вязкостью (подходит для зимних условий), а SAE 40 или 50 является более вязким и подходящим для летние условия.

      Авторы и авторство

      • Роберт Э. Белфорд (Арканзасский университет Литл-Рока; факультет химии). За широту, глубину и достоверность этой работы отвечает Роберт Э.Белфорд, [email protected] Вам следует связаться с ним, если у вас возникнут какие-либо вопросы. Этот материал содержит как оригинальные материалы, так и контент, основанный на предыдущих вкладах сообщества LibreTexts и других ресурсов, включая, помимо прочего:

      Свойства жидкостей

      Свойства жидкостей


      Критическая температура и критическая Давление

      Очевидный способ превратить газ в жидкость — охладить его до температуры ниже его точка кипения.Однако есть еще один способ конденсации газа с образованием жидкости, который предполагает повышение давления на газ. Жидкости закипают при температуре, при которой давление пара равно давлению жидкости из окружающей среды. Повышение поэтому давление на газ эффективно увеличивает температуру кипения жидкости.

      Предположим, что у нас есть водяной пар (или пар) в закрытом контейнере при температуре 120 o C. и 1 атм. Поскольку температура системы выше нормальной точки кипения воды, у пара нет причины конденсироваться с образованием жидкости.Ничего не происходит, пока мы медленно сожмите контейнер тем самым повышая давление на газ до тех пор, пока давление достигает 2 атм. На данный момент система находится в точке кипения воды, и часть газа конденсируется с образованием жидкости. Как только давление на газ превысит 2 атм, давление водяного пара при 120 o C уже недостаточно для жидкость до кипения. Таким образом, газ конденсируется с образованием жидкости, как показано на рисунке. ниже.

      Теоретически мы должны уметь предсказать давление, при котором газ конденсируется в заданную температуру, сверяясь с графиком зависимости давления пара от температуры. На практике каждое соединение имеет критическую температуру (T c ) . Если температура газа выше критической, газ не может быть конденсируется независимо от приложенного давления.

      Существование критической температуры было обнаружено Томасом Эндрюсом в 1869 году, когда изучение влияния температуры и давления на поведение углекислого газа.Эндрюс обнаружил, что он может конденсировать газ CO 2 в жидкость, повышая давление на газ, пока он поддерживал температуру ниже 31,0 o C. При 31,0 o C, например, для сжижения газа CO 2 требуется давление 72,85 атм. Эндрюс нашел что невозможно было превратить CO 2 в жидкость выше этой температуры, нет независимо от того, какое давление было приложено.

      Газы не могут сжижаться при температурах выше критической, потому что при этом точки свойства газов и жидкостей становятся одинаковыми, и нет никаких оснований, на которых различать газы и жидкости.Давление пара жидкости при критическом температура называется критическим давлением (P c ) . Пар давление жидкости никогда не превышает этого критического давления.

      Критические температуры, критические давления и точки кипения ряда газов приведены в таблице ниже. Существует очевидная корреляция между критическими температура и точка кипения этих газов. Эти свойства связаны, потому что они оба являются косвенными показателями силы притяжения между частицами в газовой фазе.

      Критические температуры, критические давления и точки кипения Общие газы

      Газ T c ( o C) P c (атм) BP ( o C)
      He -267.96 2,261 — 268,94
      H 2 -240,17 12,77 -252,76
      Ne -228,71 26,86 -246.1
      N 2 -146,89 33,54 -195,81
      CO -140,23 34,53 -191,49
      Ар -122.44 48,00 -185,87
      О 2 -118,38 50,14 -182,96
      Канал 4 -82,60 45,44 -161.49
      CO 2 31,04 72,85 -78,44
      NH 3 132,4 111,3 -33,42
      Класс 2 144.0 78,1 -34,03

      Экспериментальные значения критических температуры и давления вещества могут быть используется для вычисления констант a и b в ван-дер-ваальсовом уравнение.


      Поверхностное натяжение

      Между молекулами в жидкостях существует сила притяжения, и жидкости могут течь до тех пор, пока они принимают форму, которая максимизирует эту силу притяжения.Под поверхностью жидкость, сила сцепления (буквально «слипание») между молекулами одинакова во всех направлениях, как показано на рисунке ниже. Молекулы на поверхности жидкости, однако, чувствуется чистая сила притяжения, которая тянет их назад в тело жидкости. В результате жидкость пытается принять форму, которая имеет наименьшая возможная площадь поверхности форма шара. Величина силы, контролирующей форму жидкости, равна называется поверхностным натяжением .Чем сильнее связи между молекулами в жидкости, тем больше поверхностное натяжение.

      Есть еще сила прилипания (дословно «прилипание») между жидкостью и стенками емкости. Когда сила адгезии больше чем половина силы сцепления между молекулами жидкости, жидкость «намочить» твердое тело. Хорошим примером этого явления является смачивание бумаги воды.Сила сцепления бумаги и воды в сочетании с силой сцепления между молекулами воды объясняет, почему листы влажной бумаги слипаются.

      Вода смачивает стекло из-за силы сцепления, возникающей в результате взаимодействий между положительными концами полярных молекул воды и отрицательно заряженным кислородом атомы в стекле. В результате вода образует мениск , который изгибается вверх в стеклянная трубка малого диаметра, как показано на рисунке ниже.(Термин мениск происходит от греческого слова «луна» и используется для описания всего, что имеет в форме полумесяца.) Мениск, образующийся в бюретке, является результатом баланса между сила адгезии, подтягивающая столб воды к смачиванию стенок стеклянной трубки и сила тяжести, притягивающая жидкость.

      Вода поднимается по стенкам трубки малого диаметра, образуя мениск, изгибающийся вверх, тогда как ртуть образует мениск, изгибающийся вниз.

      Сила сцепления между водой и воском очень мала по сравнению с сила сцепления между молекулами воды. В результате дождь не держится воск. Он имеет тенденцию образовывать бусинки или капли с минимально возможной площадью поверхности, тем самым максимальное увеличение силы сцепления между молекулами воды. То же самое происходит, когда ртуть проливается на стекло или наливается в узкую стеклянную трубку. Сила сплоченности между атомами ртути намного больше, чем сила адгезии между ртутью и стекло, что площадь контакта между ртутью и стеклом сведена к минимуму, с чистый результат — мениск, показанный на рисунке выше.


      Вязкость

      Вязкость является мерой сопротивления потоку. Моторные масла больше более вязкий, чем, например, бензин, а кленовый сироп, используемый для приготовления блинов, более вязкий чем растительные масла, используемые в заправках для салатов.

      Вязкость измеряется путем определения скорости, с которой жидкость или газ протекает через стеклянная трубка малого диаметра. В 1844 году Жан Луи Мари Пуазей показал, что объем жидкость ( В, ), которая течет по капиллярной трубке малого диаметра за единицу времени ( т ) пропорционально радиусу рубца ( r ), давление толкает жидкость вниз по трубке ( P ), длина трубки ( l ) и вязкость жидкость ().

      Вязкость указывается в единицах, называемых пуаз (произносится как «пвахз»). Вязкость воды при комнатной температуре составляет примерно 1 сантипуаз или 1 сП. Бензин имеет вязкость от 0,4 до 0,5 сП; вязкость воздуха 0,018 сП.

      Поскольку молекулы, расположенные ближе всего к стенкам трубки малого диаметра, прилипают к стекла вязкость измеряет скорость, с которой молекулы в середине потока жидкость или газ проходят мимо этого внешнего слоя более или менее неподвижных молекул.Вязкость следовательно, зависит от любого фактора, который может повлиять на легкость прохождения молекул друг с другом. Жидкости имеют тенденцию становиться более вязкими по мере того, как молекулы становятся больше или количество межмолекулярных связей увеличивается. Они становятся менее вязкими с повышением температуры. увеличивается. Например, вязкость воды снижается с 1,77 сП при 0 o ° C. до 0,28 сП при 100 o C.


      Водородная связь и аномальное Свойства воды

      Мы настолько знакомы со свойствами воды, что трудно оценить ее степень необычности его поведения.

      • Большинство твердых тел расширяются при плавлении. Вода расширяется, когда замерзает .
      • Большинство твердых веществ более плотные, чем соответствующие жидкости. Лед (0,917 г / см 3 ) не такой плотный, как вода.
      • Температура плавления воды по крайней мере на 100 o C выше, чем ожидалось на основании температуры плавления H 2 S, H 2 Se и H 2 Te.
      • Вода имеет температуру кипения почти на 200 o C выше, чем ожидалось при температуре кипения. точки H 2 S, H 2 Se и H 2 Te.
      • Вода имеет наибольшее поверхностное натяжение из всех обычных жидкостей, кроме жидкой ртути.
      • Вода имеет необычно большую вязкость.
      • Вода — отличный растворитель. Он может растворять такие соединения, как NaCl, которые нерастворим или мало растворим в других жидкостях.
      • Вода имеет необычно высокую теплоемкость. Для повышения температуры требуется больше тепла 1 грамм воды на 1 o ° C, чем любая другая жидкость.

      Все эти аномальные свойства являются результатом сильных межмолекулярных связей в воде. Воду лучше всего описать как полярную молекула, в которой есть частичное разделение заряда, чтобы дать положительный и отрицательные полюса. Сила притяжения между положительно заряженным атомом водорода на одном молекула воды и отрицательно заряженный атом кислорода на другом образуют межмолекулярная связь, как показано на рисунке ниже. Это диполь-дипольное взаимодействие между Молекулы воды известны как водородная связь .

      Водородные связи отделены от других примеров сил Ван-дер-Ваальса, потому что они необычайно сильны: 10-12 кДж / моль. Водородные связи в воде особенно важны. из-за доминирующей роли, которую вода играет в химии живых систем. Водород однако связи не ограничиваются водой.

      Доноры водородной связи включают вещества, которые содержат относительно полярный H- X связи, такие как NH 3 , H 2 O и HF.Акцепторы водородной связи включают вещества, имеющие несвязывающие пары валентных электронов. Связка H- X должна быть полярный, чтобы создать частичный положительный заряд на атоме водорода, который позволяет диполь-дипольному взаимодействия существовать. Поскольку атом X в связи H- X становится меньше электроотрицательный, водородная связь между молекулами становится менее важной. Водород связь в HF, например, намного сильнее, чем в H 2 O или HCl.

      Водородные связи между молекулами воды во льду образуют открытую структуру, показанную на рисунок ниже. Когда лед тает, некоторые из этих связей разрываются, и эта структура схлопывается, образуя жидкость, которая примерно на 10% плотнее. Это необычное свойство воды имеет несколько важных последствий. Расширение воды при замерзании отвечает за растрескивание бетона, которое образует выбоины на улицах и шоссе. Но это также означает что лед плавает над реками и ручьями.Поэтому лед, образующийся каждую зиму, шанс растаять летом.

      Структура льда. Обратите внимание, что атомы водорода находятся ближе к одному из кислородных атомов, чем другие в каждой из водородных связей.

      На рисунке ниже показано еще одно следствие прочности водородных связей в воды. В серии CH 4 , GeH 4 , наблюдается устойчивый рост температуры кипения. SiH 4 и SnH 4 .Температуры кипения H 2 O и HF, однако аномально велики из-за сильных водородных связей между молекулами в эти жидкости. Если это не кажется важным, попробуйте представить, какой была бы жизнь, если бы вода кипяченая при -80 o C.

      Поверхностное натяжение и вязкость воды также связаны с прочностью водородные связи между молекулами воды. Поверхностное натяжение воды отвечает за капиллярное действие, которое выводит воду через корневую систему растений.Это также отвечает за эффективность, с которой воск, покрывающий поверхность листьев, может защитить растения от чрезмерной потери воды за счет испарения.

      Необычно большая теплоемкость воды также связана с прочностью водородные связи между молекулами воды. Все, что увеличивает движение воды молекулы и, следовательно, температура воды должны мешать водородным связям между этими молекулами. Тот факт, что для разрушения этих связей требуется так много энергии. означает, что вода может хранить огромное количество тепловой энергии.Хотя вода в озерах и реки становятся теплее летом и прохладнее зимой, большая теплоемкость вода ограничивает диапазон температур, которые в противном случае могли бы угрожать жизни, процветает в этой среде. Теплоемкость воды также отвечает за способность океана действовать как термальный резервуар, смягчающий колебания температуры которые происходят с зимы до лета.

      Материя занимает пространство

      Материя занимает пространство

      Сумасшедший коллоид

      Кристи Бодач

      05.11.98

      Описание урока: Студенты будут экспериментировать с веществом под названием Goop.Они будут описывать свойства Погляди и предскажи, в какой он форме.

      Уровень обучения: Я буду использовать этот урок с первым классом. Курс обучения в Алабаме, стр.23, номер 1 гласит: Студенты заметит, что объекты в мире сильно различаются по своим свойствам (размеру, цвету, вкусу, форме, текстуре и запаху).

      Номер 2 говорит: Студенты описывают результаты исследования твердых и жидких тел.

      Справочная информация:

      Материя — это все, что имеет массу и занимает место. Масса придает объекту свойство веса и инерции (сопротивление изменить движение объекта). Есть четыре состояния материи: твердое, жидкое, газовое и плазменное. Если что-то есть в твердое состояние вещества, оно имеет определенную форму и объем. Объем объекта — это объем занимаемого пространства.А брусок, поставленный на стол, сохраняет форму и объем, поэтому является образцом твердого тела. Если налить жидкость в той же таблице есть очень разные результаты. Жидкость будет вытекать по поверхности, потому что она не удерживает форма. Жидкость принимает форму своего сосуда. Если что-то находится в жидком состоянии материи, оно будет иметь определенный объем, но неопределенная форма. Воздух наполняет воздушный шар. Если сделать отверстие в воздушном шаре, воздух вырвется наружу.Если объект находится в газообразном состояние вещества, оно не будет иметь определенной формы или определенного объема. Плазма обладает всеми свойствами газа, за исключением того, что она состоит из электронов вместо атомов или молекул. Плазма присутствует на звездах, при взрывах молекул и неоновых вывесках.

      Вода — это пример вещества, которое может существовать во всех формах материи. Лед твердый, вода жидкая, а пар газообразный. Частицы в твердом теле плотно упакованы и удерживаются в фиксированных положениях.Это придает твердым телам определенную форму и объем. Частицы в жидкости расположены близко друг к другу, но они не привязаны к фиксированным положениям; они могут скользить мимо и вокруг каждого Другие. Это позволяет жидкостям принимать форму своего контейнера и течь, когда они наливаются. Частицы в газах широко разделены. В их позициях вообще нет порядка, они постоянно находятся в движении и расширяются до доступного пространства.

      Свойства — это характеристики, которые позволяют нам отличать один вид материи от другого.Физическая собственность наблюдается без каких-либо изменений объекта. Температура плавления или кипения объекта являются примерами физические свойства. Обширные физические свойства — это масса, длина и объем. Они зависят от количества материя присутствует. Интенсивные физические свойства не зависят от количества вещества. Примеры интенсивного физического Свойства включают точку плавления, точку кипения, плотность, пластичность, пластичность, цвет, кристаллическую форму и показатель преломления.

      Физическое изменение — это изменение материи, которое не приводит к изменению личности. Изменения состояния, от жидкости к газу, и от твердого до жидкого, являются физическими изменениями. Если вещество претерпевает изменение, изменяющее его идентичность, то это химическое вещество. имущество. Любое изменение, при котором одно или несколько веществ превращаются в вещества с разными свойствами, является химическим изменением. или химическая реакция.

      В каждой химической или физической реакции энергия либо поглощается, либо выделяется.

      Когда вода превращается в твердую, она выделяет тепло. Это называется экзотермической реакцией. Когда водород соединяется с кислород для образования воды, также выделяется тепло.

      «Коллоидные вещества обладают свойствами как твердого, так и жидкого состояния вещества. В коллоиде одно вещество находится во взвешенном состоянии. Другая. Взвешенный материал состоит из настолько мелких частиц, что они не опускаются на дно второго вещества. Другой коллоидные вещества включают туман, дым, безе, протоплазму, гомогенизированное молоко, синтетический каучук и майонез » (взято из записной книжки CTM 403, стр. 430, написано доктором В.Майкл Камен).

      Концепции, рассматриваемые на уроке:

      Твердые тела имеют определенную форму

      Жидкости не имеют определенной формы.

      Жидкости принимают форму емкости, как в

      Материалы и оборудование:

      Для приготовления Goop: В большой миске смешайте: 2 стакана клея Elmers (16 унций, а не школьный клей), 1 стакан воды, пищевой краситель.Хорошо перемешать. В другой миске смешайте: 1 стакан горячей воды и 1 тонну буры (находится в разделе со стиральным порошком), пока она не станет растворяется. Медленно добавляйте смесь буры в клеевую смесь. Месить руками, пока жидкость не впитается.

      Пакеты полиэтиленовые для хранения Goop; соломинки, зубочистки, палочки для мороженого и т. д. для исследования; пластиковые стаканчики, диаграммы твердых и жидкое имущество, газеты.

      Процедуры:

      1.Класс будет рассматривать жидкости и твердые тела. Я спрошу их, что они написали в своих журналах. Я спрошу их почему они думают, что то, что они нарисовали, было твердым телом (определенной формы) или жидкостью (принимает форму контейнера, легко меняет форму).

      2. Я скажу студентам, что сегодня у меня для них особенный подарок. «У меня есть особое вещество под названием Goop, и я хочу вы, чтобы помочь мне поэкспериментировать с этим ».

      3. Я покажу студентам ингредиенты, использованные для приготовления Goop, и попрошу их сказать мне, в каком состоянии вещества находится отдельные ингредиенты находятся в.Мы поговорим о том, почему они твердые или жидкие, подчеркнем правила состояний материи. Попросите учащихся указать причины на диаграммах состояний материи.

      **** Клей, пищевой краситель и вода являются жидкостями, потому что принимают форму своих контейнеров. Borax — это твердый продукт, потому что он не меняет свою форму легко и имеет определенную форму.

      4. Скажите студентам, что у них есть пять минут на бесплатное открытие и наблюдение с помощью Goop.Предложите им вытащить это в стороны, сложите его обратно, скатайте, подпрыгните и растяните как можно дальше. Я призываю студентов поделиться Goop и обсудить свои выводы с членами своей группы. Я дам классу сигнал, который сообщит им, что пора положить Гупа в их пластиковый стаканчик, опустить головы и молчать.

      5. Я попрошу студентов посмотреть, что происходит с Goop, когда он находится в чашке. Скажите одному человеку в каждой группе водить машину их палец прямо в Goop.Затем попросите их медленно погрузить палец в смесь. Есть разница?

      6. Я принесу соломинки, зубочистки, палочки для мороженого и газету, чтобы проверить, подхватывает ли она газетную бумагу. Пусть студенты поэкспериментируйте еще несколько минут.

      7. Я снова покажу студентам образец Goop в пластиковом пакете и спрошу, как он выглядит. Они должен сказать мне, что он образует пакет, что является свойством жидкости.

      8.Обсудите, что ученики наблюдали во время исследования. Спросите их:

      Как выглядит Goop?

      На что это похоже?

      Как он пахнет?

      Звук издает?

      Что еще вы заметили о Goop?

      **** Запишите данные в сети Goop.

      9. Спросите студентов, как Goop сравнивается с исходными ингредиентами.Еще раз просмотрите диаграммы состояний материи и сравните их через сеть Goop. Спросите их, к какому состоянию материи, по их мнению, подходит Goop. Попросите учащихся объяснить свои ответы.

      Оценка:

      Студенты напишут дневник о Goop. Они должны сказать, что Goop действует как состояние материи. Они также должны написать еще одна интересная вещь о Goop.

      Пример: Goop действует как жидкость.Он формируется в чашку.

      Ресурсы в Интернете:

      http://www.utm.edu/departments/ed/cece/first/1D1.shtml

      http: //www.utm.edu.departments/ed/first/1D1.shtml

      www.chem4kids.com/chem4kids/matter/index.html

      Навыки научного процесса:

      Классификация твердых тел и жидкостей

      Наблюдение наощупь, обоняние, зрение и т. Д.

      Устное общение с членами группы.

      Письменные сообщения в журналах.

      Критика

      Практическая часть этого урока была удивительной для свидетеля. Студентам было дано вещество Goop, имеющее свойства твердого тела и жидкости. Студенты были в восторге от этого материала. Они экспериментировали так, как я даже подумал. Для студентов было очень важно иметь возможность прикасаться к Goop и манипулировать им любым способом, которым они выбрал.Они не просто следовали моим прямым инструкциям, но и открыли для себя Goop индивидуально и смогли нарисовать собственные выводы.

      Во время части урока, посвященной открытию, я должен был поговорить с каждой группой о том, что они узнали о Goop. Мне следовало задать им вопросы, которые помогли бы им понять концепции, которые я хотел, чтобы они получили. от изучения Goop. Я должен был записать, что студенты сказали мне о Goop, чтобы я мог вспомнить это позже. в коллоквиуме.Я также мог бы попытаться сделать эту часть урока более «связанной с наукой». Мы могли бы иметь обсудили, как ученые экспериментируют с новыми веществами. Я мог бы побудить студентов изучить Goop в таким же образом.

      На коллоквиуме я пытался вести студентов в их обсуждение Goop. Я должен был позволить студентам поговорить с друг друга и сделать выводы как группа. Меня беспокоило, что первоклассники не справятся с этим. ответственность, но я должен был попытаться заставить их думать более критически.Я волновался, что студенты не поймут свойства твердых тел и жидкостей в Goop. Я хотел рассказать им ответы вместо того, чтобы позволить им выяснить сами знания.

      Я не использовал подход учёного к коллоквиуму. Я не просил студентов соглашаться с утверждениями, что они считается фактом. Если я преподаю этот урок еще раз, я обязательно приложу журнал ученого. Это помогает студентам думать критически и побуждает их разговаривать с членами своей группы.Судя по оценкам студентов, я не думаю, что они уловили концепцию твердых и жидких свойств Goop.

      Моя оценка студентов была записана в дневнике. Некоторые студенты написали то, что я искал, но многие из них только что описал Goop. Они сказали, что это было липкое или резиновое. Я хотел, чтобы они написали о том, твердое это или жидкость и какими качествами каждая она обладала. Когда я опросил трех студентов для другого проекта, я узнал больше о что студенты понимали о твердых и жидких телах, чем я в их дневниковых записях.

      В следующий раз я мог бы попросить студентов написать групповое предложение о том, является ли Goop твердым или жидким. Студенты могли учиться друг у друга, и они могут обсудить твердый и жидкий статус. Они могут с большей вероятностью понять, что Goop действует как твердое тело, так и жидкость. Я многому научился из этого урока. Надеюсь в следующий раз поправить.

      1.3 Физические и химические свойства — химия

      Цели обучения

      К концу этого раздела вы сможете:

      • Определять свойства и изменения вещества как физические или химические
      • Определять свойства материи как экстенсивные или интенсивные

      Характеристики, позволяющие отличить одно вещество от другого, называются свойствами.Физическое свойство — это характеристика вещества, не связанная с изменением его химического состава. Знакомые примеры физических свойств включают плотность, цвет, твердость, точки плавления и кипения, а также электропроводность. Мы можем наблюдать некоторые физические свойства, такие как плотность и цвет, без изменения физического состояния наблюдаемой материи. Другие физические свойства, такие как температура плавления железа или температура замерзания воды, можно наблюдать только по мере того, как материя претерпевает физические изменения.Физическое изменение — это изменение состояния или свойств материи без какого-либо сопутствующего изменения ее химического состава (идентичности веществ, содержащихся в материи). Мы наблюдаем физические изменения, когда воск тает, когда сахар растворяется в кофе и когда пар конденсируется в жидкую воду (рис. 1). Другие примеры физических изменений включают намагничивание и размагничивание металлов (как это делается с обычными бирками для защиты от кражи) и измельчение твердых частиц в порошки (которые иногда могут приводить к заметным изменениям цвета).В каждом из этих примеров происходит изменение физического состояния, формы или свойств вещества, но не изменяется его химический состав.

      Рис. 1. (a) Воск претерпевает физические изменения, когда твердый воск нагревается и образует жидкий воск. (б) Конденсация пара внутри кастрюли — это физическое изменение, поскольку водяной пар превращается в жидкую воду. (кредит а: модификация работы «95jb14» / Wikimedia Commons; кредит б: модификация работы «mjneuby» / Flickr)

      Изменение одного типа материи в другой (или невозможность изменения) — это химическое свойство .Примеры химических свойств включают воспламеняемость, токсичность, кислотность, реакционную способность (многие типы) и теплоту сгорания. Железо, например, соединяется с кислородом в присутствии воды с образованием ржавчины; хром не окисляется (рис. 2). Нитроглицерин очень опасен, потому что легко взрывается; неон почти не представляет опасности, потому что он очень инертен.

      Рис. 2. (a) Одно из химических свойств железа — то, что оно ржавеет; (б) одно из химических свойств хрома состоит в том, что это не так.(кредит а: модификация работы Тони Хисгетта; кредит б: модификация работы «Атома» / Wikimedia Commons)

      Чтобы определить химическое свойство, мы ищем химическое изменение. Химическое изменение всегда производит один или несколько типов материи, которые отличаются от материи, существовавшей до изменения. Образование ржавчины — это химическое изменение, потому что ржавчина — это другой тип вещества, чем железо, кислород и вода, присутствовавшие до образования ржавчины. Взрыв нитроглицерина — это химическое изменение, потому что образующиеся газы представляют собой вещества, очень отличающиеся от исходного вещества.Другие примеры химических изменений включают реакции, которые проводятся в лаборатории (например, взаимодействие меди с азотной кислотой), все формы горения (горения) и приготовление, переваривание или гниение пищи (рис. 3).

      Рис. 3. (a) Медь и азотная кислота претерпевают химические изменения с образованием нитрата меди и коричневого газообразного диоксида азота. (b) Во время горения спички целлюлоза в спичке и кислород из воздуха претерпевают химические изменения с образованием диоксида углерода и водяного пара.(c) Приготовление красного мяса вызывает ряд химических изменений, включая окисление железа в миоглобине, что приводит к знакомому изменению цвета с красного на коричневый. (г) Банан становится коричневым — это химическое изменение, связанное с образованием новых, более темных (и менее вкусных) веществ. (Фото b: модификация работы Джеффа Тернера; кредит c: модификация работы Глории Кабада-Леман; кредит d: модификация работы Роберто Верцо)

      Свойства материи делятся на две категории. Если свойство зависит от количества присутствующего вещества, это обширное свойство .Масса и объем вещества являются примерами обширных свойств; например, галлон молока имеет большую массу и объем, чем чашка молока. Стоимость обширной собственности прямо пропорциональна количеству рассматриваемого вещества. Если свойство образца вещества не зависит от количества присутствующего вещества, это интенсивное свойство . Температура — это пример интенсивного свойства. Если галлон и чашка молока имеют температуру 20 ° C (комнатная температура), при их объединении температура остается на уровне 20 ° C.В качестве другого примера рассмотрим различные, но взаимосвязанные свойства тепла и температуры. Брызги горячего кулинарного масла на руку вызывают кратковременный небольшой дискомфорт, тогда как горшок с горячим маслом вызывает серьезные ожоги. И капля, и горшок с маслом имеют одинаковую температуру (интенсивное свойство), но горшок явно содержит гораздо больше тепла (экстенсивное свойство).

      Опасный алмаз

      Вы могли видеть символ, показанный на Рисунке 4, на контейнерах с химикатами в лаборатории или на рабочем месте.Этот алмаз с химической опасностью, который иногда называют «огненным алмазом» или «опасным алмазом», дает ценную информацию, которая кратко описывает различные опасности, о которых следует помнить при работе с определенным веществом.

      Рис. 4. Алмазный алмаз Национального агентства противопожарной защиты (NFPA) обобщает основные опасности химического вещества.

      Национальное агентство противопожарной защиты (NFPA) 704 Система идентификации опасностей была разработана NFPA для предоставления информации о безопасности определенных веществ.Система детализирует воспламеняемость, реактивность, здоровье и другие опасности. Верхний (красный) ромб внутри общего символа ромба указывает уровень пожарной опасности (диапазон температур для точки вспышки). Синий (левый) ромб указывает на степень опасности для здоровья. Желтый (правый) ромб указывает на опасность реакционной способности, например, насколько легко вещество подвергнется детонации или сильному химическому изменению. Белый (нижний) ромб указывает на особую опасность, например, если он является окислителем (который позволяет веществу гореть в отсутствие воздуха / кислорода), вступает в необычную или опасную реакцию с водой, является коррозионным, кислотным, щелочным, биологическая опасность, радиоактивность и т. д.Каждая опасность оценивается по шкале от 0 до 4, где 0 означает отсутствие опасности, а 4 — чрезвычайно опасную.

      Хотя многие элементы сильно различаются по своим химическим и физическим свойствам, некоторые элементы обладают схожими свойствами. Мы можем идентифицировать наборы элементов, которые демонстрируют общее поведение. Например, многие элементы хорошо проводят тепло и электричество, а другие плохо проводят. Эти свойства можно использовать для сортировки элементов по трем классам: металлы (элементы с хорошей проводимостью), неметаллы (элементы с плохой проводимостью) и металлоиды (элементы, обладающие свойствами как металлов, так и неметаллов).

      Периодическая таблица — это таблица элементов, в которой элементы с похожими свойствами расположены близко друг к другу (рис. 4). Вы узнаете больше о таблице Менделеева, продолжая изучать химию.

      Рис. 4. Периодическая таблица показывает, как элементы могут быть сгруппированы по определенным схожим свойствам. Обратите внимание, что цвет фона указывает, является ли элемент металлом, металлоидом или неметаллом, тогда как цвет символа элемента указывает, является ли элемент твердым, жидким или газообразным.

      Все вещества обладают определенными физическими и химическими свойствами и могут претерпевать физические или химические изменения. Физические свойства, такие как твердость и температура кипения, и физические изменения, такие как плавление или замерзание, не связаны с изменением состава вещества. Химические свойства, такие как воспламеняемость и кислотность, а также химические изменения, такие как ржавление, приводят к образованию вещества, которое отличается от того, что было раньше.

      Измеримые свойства делятся на две категории.Обширные свойства зависят от количества присутствующего вещества, например, от массы золота. Интенсивные свойства не зависят от количества присутствующего вещества, например, плотности золота. Тепло — это пример экстенсивного свойства, а температура — пример интенсивного свойства.

      Химия: упражнения в конце главы

      1. Классифицируйте шесть подчеркнутых свойств в следующем абзаце как химические или физические:

        Фтор — это бледно-желтый газ , который реагирует с большинством веществ .Свободный элемент плавится при −220 ° C и кипит при −188 ° C . Мелкодисперсный металл горит во фторе ярким пламенем. Девятнадцать граммов фтора вступят в реакцию с 1,0 граммами водорода .

      2. Классифицируйте каждое из следующих изменений как физические или химические:

        (а) конденсация пара

        (б) сжигание бензина

        (в) сквашивание молока

        (г) растворение сахара в воде

        (д) плавка золота

      3. Классифицируйте каждое из следующих изменений как физические или химические:

        (а) сжигание угля

        (б) таяние льда

        (c) смешивание шоколадного сиропа с молоком

        (г) взрыв петарды

        (д) намагничивание отвертки

      4. Объем пробы газообразного кислорода изменился с 10 мл до 11 мл при изменении температуры.Это химическое или физическое изменение?
      5. 2,0-литровый объем газообразного водорода в сочетании с 1,0 литром газообразного кислорода для получения 2,0 литров водяного пара. Кислород претерпевает химические или физические изменения?
      6. Объясните разницу между экстенсивными и интенсивными свойствами.
      7. Укажите следующие свойства: экстенсивные или интенсивные.

        (а) объем

        (б) температура

        (в) влажность

        (г) тепло

        (e) точка кипения

      8. Плотность (d) вещества — это интенсивное свойство, которое определяется как отношение его массы (m) к его объему (V).

        Учитывая, что масса и объем являются экстенсивными свойствами, объясните, почему их соотношение, плотность, является интенсивным.

      Что такое материя и каковы свойства твердого вещества, жидкости и газа

      Что такое материя и каковы свойства твердого вещества, жидкости и газа

      Материя:
      Все, что занимает пространство и имеет массу, называется материей . Еда, вода, воздух, одежда, стол, стул, растения и деревья.Индийские философы говорили, что вся материя, живая или неживая, состоит из пяти основных элементов: воздуха, земли, огня, неба и воды. На основе его физических свойств и на основе его химических свойств. По химическим свойствам вещество отнесено к элементам, соединениям и смесям .

      • Элемент — это вещество, состоящее только из одного типа атомов.
      • Соединение — это вещество, которое содержит два или более элемента, которые химически связаны друг с другом.
      • Материя состоит из крошечных и дискретных частиц. Между этими частицами есть промежутки.
      • Частицы могут быть атомами, молекулами или ионами.
      • Атом — это наименьшая частица элемента, которая может участвовать в химической реакции.
      • Металлы и некоторые неметаллы, такие как углерод и благородные газы, существуют в виде атомов.
      • Молекула представляет собой нейтральную частицу, которая состоит из двух или еще атомов , которые химически связаны друг с другом.
      • Ион — положительно заряженная или отрицательно заряженная частица.
      • Частицы вещества находятся в движении. Это было подтверждено многими экспериментами, такими как диффузия брома.
      • Диффузия происходит, когда частицы одного вещества перемещаются между частицами другого вещества из области высокой концентрации в область низкой концентрации.
      • Скорость диффузии частиц газа зависит от их массы. Газы с низкой молекулярной массой диффундируют быстрее, чем с высокой молекулярной массой.
      • На скорость диффузии влияет температура.
        (a) Чем выше температура, тем быстрее движутся частицы и, следовательно, быстрее диффузия.
        (b) Например, пурпурный цвет манганата калия (VII) в горячей воде распространяется гораздо быстрее, чем в холодной.

      Люди тоже спрашивают

      Характеристики частиц вещества

      Все вокруг нас состоит из крошечных кусочков или частиц.Частицы, составляющие материю, представляют собой атомы или молекулы.

      1. Частицы материи очень и очень маленькие.
      2. Между частицами материи есть промежутки.
      3. Частицы материи постоянно движутся.
      4. Частицы материи притягиваются друг к другу.

      Классификация веществ

      На основе физических состояний все материи можно разделить на три группы.

      1. Твердые вещества
      2. жидкости
      3. Газы

      Свойства твердых тел
      1. Твердые тела имеют фиксированную форму и фиксированный объем.
      2. Твердые тела нельзя сильно сжимать.
      3. Твердые тела имеют высокую плотность. Они тяжелые.
      4. Твердые вещества не полностью заполняют контейнер.
      5. Твердые тела не текут.

      Пр. Лед, дерево, уголь, камень, железо, кирпич

      Свойства жидкостей
      1. Жидкости имеют фиксированный объем, но не имеют фиксированной формы.Жидкости принимают форму емкости, в которую они помещены.
      2. Как и твердые тела, жидкости нельзя сильно сжимать.
      3. Жидкости имеют плотность от средней до высокой. Обычно они менее плотные, чем твердые.
      4. Жидкости не заполняют контейнер полностью.
      5. Жидкости обычно текут легко.

      Пр. Вода, молоко, фруктовый сок, чернила, арахисовое масло, керосин и т. Д.

      Свойства газов
      1. У газов нет ни формы, ни объема.Газы приобретают форму и объем сосуда, в котором они находятся.
      2. Газы легко сжимаются.
      3. Газы имеют очень низкую плотность. Они очень. очень легкий.
      4. Газы полностью заполняют свой контейнер.
      5. Газы текут легко.

      Пр. . Воздух, кислород, водород, азот

      Сравнение характерных свойств твердых тел, жидкостей и газов

      С.нет

      Свойство Твердые тела Жидкости

      Газы

      1 Форма Определенно Примите форму емкости, но не обязательно занимать ее всю. Примите форму контейнера, занимая все доступное для них пространство.
      2 Том Определенно Определенно Определите объем контейнера.
      3 Сжимаемость Почти ноль Почти ноль Очень большой
      4 Текучесть или жесткость Жесткий Жидкость Жидкость
      5 Плотность Большой Большой Очень маленький
      6 Диффузия Обычно не распылять Медленное распыление Быстро рассеивается
      7 Свободные поверхности Любое количество свободных поверхностей Только одна свободная поверхность Нет свободной поверхности.

      Диффузия частиц в газе, жидкости и твердом теле Эксперимент

      Цель: Исследовать диффузию частиц в газе, жидкости и твердом теле.
      Материалы: Жидкий бром, 1 моль dnr 3 манганат калия (VII), раствор KMnO 4 , кристаллы манганата калия (VII), горячее жидкое желе, вода и папиросная бумага.
      Аппарат: Газовые сосуды и крышка, капельница, пробирки, штатив для пробирок, пробка, подставка для реторты и зажим.
      Процедура:
      A. Диффузия в газе
      Мера безопасности:
      Жидкий бром токсичен и вызывает коррозию. Надевайте перчатки при работе с этим веществом. Это действие должно выполняться в вытяжной камере.

      1. Несколько капель жидкого брома помещают в сосуд с газом. Баллон с газом немедленно накрывают и отставляют на несколько минут.
      2. Другой сосуд с газом, содержащий воздух, переворачивают наверху сосуда с газом на этапе 1, который содержит пары брома.
      3. Крышка между двумя газовыми баллонами снята. Аппарат откладывают на несколько минут и наблюдение записывают.

      Б. Диффузия в жидкости

      1. Три четверти пробирки заполнено водой. Пробирка помещается в штатив для пробирок.
      2. Небольшой объем раствора манганата калия (VII) набирается с помощью пипетки.
      3. Избыток раствора манганата (VII) калия удаляется куском папиросной бумаги.
      4. Кончик пипетки опускается в воду в пробирке до тех пор, пока он не окажется рядом со дном пробирки.
      5. В воду выдавливают каплю раствора манганата (VII) калия.
      6. Пробирке дают постоять несколько часов. Наблюдение записывается.

      C. Диффузия в твердом теле

      1. Пробирка наполняется горячим жидким желе почти до полного заполнения. Оставляем желе затвердеть.
      2. На желе кладут небольшой кристалл манганата калия (VII).
      3. Пробирку закрывают пробкой и зажимают вверх дном, как показано на рисунке ниже.
      4. Аппарат оставляют на несколько дней, и наблюдение записывается.

      Наблюдения:

      Раздел Наблюдение
      А Красновато-коричневый пар быстро распространяется по двум газовым баллонам за несколько минут.
      B Пурпурный цвет раствора манганата калия (VII) медленно распространяется по воде.Через несколько часов вода станет равномерно фиолетовой.
      С Пурпурный цвет манганата калия (VII) очень медленно распространяется на желе. Через несколько дней желе становится полностью фиолетовым.

      Обсуждение:

      1. (a) Диффузия в газе:
        Газообразный бром состоит из крошечных и дискретных частиц. Эти частицы беспорядочно перемещаются в промежутки между частицами воздуха.
        (b) Диффузия в жидкости:
        Манганат калия (VII) состоит из крошечных дискретных частиц.Эти частицы медленно перемещаются в промежутки между молекулами воды.
        (c) Диффузия в твердом теле:
        Кристалл манганата калия (VII) растворяется, и частицы очень медленно перемещаются в промежутки между частицами желе.
      2. Скорость диффузии частиц наиболее высока в газах, ниже — в жидкостях и ниже — в твердых телах.
      3. Это связано с различным расположением частиц в твердых телах, жидкостях и газах. Частицы твердого вещества плотно упакованы вместе, тогда как частицы жидкости упакованы немного рыхлым образом.Частицы газа расположены очень далеко друг от друга и расположены беспорядочно.

      Заключение:
      Материя состоит из крошечных и дискретных частиц, которые движутся. Диффузия медленнее всего происходит в твердых телах, быстрее в жидкостях и быстрее всего в газах.

      Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

      Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


      Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

      Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

      • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
      • Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, используйте кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
      • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
      • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
      • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

      Почему этому сайту требуются файлы cookie?

      Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


      Что сохраняется в файле cookie?

      Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

      Как правило, в файле cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.