Свойства жидкостей.
Мы уже знаем, что жидкости имеют фиксированный объем и принимают форму того сосуда, в котором они находятся. Мы знаем также, что плотности жидкостей намного больше, чем у газов. В общем случае плотности жидкостей имеют значения, подобные плотностям твердых веществ. Сжимаемость жидкостей очень невелика, поскольку между частицами жидкости остается совсем немного свободного пространства.
Свободно падающая капля воды. Ее сферическая форма обусловлена поверхностным натяжением.
Нам предстоит рассмотреть еще три других важных свойства жидкостей. Все эти свойства можно объяснить на основе представлений кинетической теории жидкостей.
Текучесть и вязкость. Подобно газам жидкости могут течь, и это их свойство называется текучестью. Сопротивляемость течению называется вязкостью. На текучесть и вязкость влияет целый ряд факторов. Наиболее важными из них являются силы притяжения между молекулами жидкости, а также форма, структура и относительная молекулярная масса этих молекул.
Поверхностное натяжение. На молекулу, находящуюся в глубине жидкости, со всех сторон равномерно действуют силы межмолекулярного притяжения. Однако на поверхности жидкости эти силы оказываются несбалансированными, и вследствие этого поверхностные молекулы испытывают действие результирующей силы, направленной внутрь жидкости. Поэтому поверхность жидкости оказывается в состоянии натяжения-она все время стремится сократиться. Поверхностное натяжение жидкости-это минимальная сила, необходимая, чтобы преодолеть устремление частиц жидкости внутрь и тем самым удержать поверхность жидкости от сокращения. Существованием поверхностного натяжения объясняется сферическая форма свободно падающих капель жидкости.
Диффузия. Так называется процесс, посредством которого вещество перераспределяется из области с высокой концентрацией или высоким давлением в область с меньшей концентрацией или меньшим давлением.
Диффузия в жидкостях осуществляется гораздо медленнее, чем в газах, потому что частицы жидкости упакованы гораздо плотнее, чем частицы газа. Частица, диффундирующая в жидкости, подвергается частым столкновениям и поэтому подвигается с трудом. В газах между частицами много свободного пространства, и они могут перераспределяться значительно быстрее. Диффузия осуществляется между взаимно растворимыми, или смешивающимися, жидкостями. Она не происходит между несмешивающимися жидкостями. В отличие от жидкостей все газы смешиваются друг с другом и поэтому могут диффундировать один в другой.
Оглавление:
- часть 1 (Cтроение атома, Химическая связь)
- часть 2 (Газы, жидкости и твердые вещества, Стехиометрия, Энергетика)
- часть 3 (Фазовые равновесия, Химическое равновесие, Ионы, Химическая кинетика)
- часть 4 (Электрохимия)
Свойства жидкостей: физика 📙 — Физика
- Физические свойства жидкостных веществ
- Вязкость
- Тепловая ёмкость и натяжение поверхности
- Текучесть и сжимаемость
Все объекты, окружающие нас, складываются из разных веществ и располагают разными свойства и характеристики.
Все предметы физического мира организованы по всеобщим правилам. Данные предметы складываются из атомов, молекул и других небольших элементов на микроуровне. Все формирования не обладают всеобщими характеристиками, поскольку данные характеристики насчитывают не один миллион. По данной причине все характеристики также различаются. Все объекты располагают четырьмя главными агрегатными состояния:
- Газообразное состояние.
- Твёрдое состояние.
- Жидкостное состояние.
- Состояние плазмы.
При исследовании жидкостного вещества требуется понимание, что жидкости в свою очередь оснащены своими параметрами, и специфическими качествами построения. При группировке разных жидкостных веществ за фундамент приняты их главные параметры, устройство и химическое построение. Кроме того, принципиальной значимостью являются виды взаимосвязей меж разными элементами и их устраивающими компонентами.
Выделяется некоторое количество главных видов жидкостных веществ.
Посреди данных веществ доминируют, состоящие из атомов, где главной удерживающей силой считается сила Ван-дер-Ваальса. Аналогичные жидкостные газы возможно увидеть в метане, аргоне и отдельных иных веществах. Аналогичные жидкостные вещества состоят из двух идентичных атомов. Кроме этого, выделяются объекты, состоящие из взаимосвязанных ковалентных связей, и вместе с тем те, где находятся частицы водородной связи. В свою очередь присутствуют замечательные разновидности индивидуальных структур жидкостных веществ. Данные вещества проявляются в формате:
- Жидкостных кристаллов;
- Неньютоновских жидкостей.
Обыкновенно рассматривают физические свойства жидкостных веществ при изучении индивидуальных особенностей разнообразных объектов. Данные особенности отличаются конкретным агрегатным состоянием. На сегодняшний день рассматривается очень значительное число главных свойств жидкостных веществ. Эти свойства предоставляют возможность с огромной точностью создать обзор изучаемых веществ.
Особенно выделяются такие физические свойства жидкостных веществ как:
- Минимальная способность увеличения или уменьшения своего объёма с преобразованием температуры либо давления;
- Наличие параметра текучести.
Каждое жидкостное вещество имеет возможность легко изменять собственную форму и распространяться по конкретному объёму. Форма жидкостного вещества обусловливается своими свойствами и влиянием наружных воздействий. Сила тяжести предоставляет возможность деформироваться молекулам жидкостного вещества до конкретного состояния. И форма молекул оказывается неоднозначной.
Во время расположения жидкостного вещества в условия, где силы притяжения абсолютно исключены или незначительны, оно воспримет вполне обновленные конкретные формы. Жидкостные вещества принимают форму совершенного шара. Аналогичную ситуацию возможно увидеть в космическом пространстве на межпланетной станции. Во время изучения объёма жидкостного вещества всеобщие показатели соотношения параметров возможно увидеть и у газообразных веществ.
В числе эксклюзивных характеристики жидкостных веществ числится вязкость. Во время изучения вязкости инициативно используют некоторое количество главных характеристик, заключающихся в градиенте скорости передвижения и касательном напряжении. Данные значения имеют линейную зависимость, отображающуюся в некотором количестве уравнений и системообразующих догмах. Вязкость предполагает образование безграничного передвижения веществ вне зависимости от влияния наружного воздействия.
Примером может стать характеристика вытекания воды из ёмкости. Вода будет продлевать осуществление данного процесса, невзирая на любые прилагаемые наружные влияния на неё, мешающие данной процедуре вытекания. К данным влияниям обыкновенно относятся сила трения, сила тяжести и прочие действия.
Для неньютоновских жидкостных веществ работают другие характеристики. Данный вид жидкостных веществ оснащён высоким уровнем вязкости, по данной причине сохраняют некоторые признаки передвижения. Данный признак совершенно зависим от существующей в данный момент времени температуры. С увеличением температуры вязкость определённых объектов исследования либо снижается, либо повышается. Данные изменения находятся в непосредственной зависимости от химического состава жидкостного вещества.
Жидкостные вещества наделены дееспособностями по поглощению конкретного числа теплоты. Данная способность требуется им для повышения своей температуры. От веществ с различным уровнем объединений, а также иных характеристик зависит дееспособность тепловой ёмкости. Определённые вещества имеют возможность пользоваться наиболее высокой тепловой ёмкостью сравнительно с иными жидкостными веществами. Одними из удачных теплоёмких жидкостей считается вода.
Вода скапливает в собственных молекулах некоторый объём тепла и поддерживает его определённое время.
По данной причине собственно воду общепринято интенсивно применять в роли средства для отопительного оборудования, равно как для изготовления пищевых продуктов и других потребностей людей. Поверхностное натяжение обеспечивается в то время, когда жидкостное вещество заполняет конкретный объём. Жидкость с внешней стороны может соприкасаться с иной средой, к примеру, с воздушным пространством либо иным веществом.
В районе контакта данных веществ возникает так именуемое разделение фаз. Кроме этого данное явление считается поверхностным натяжением. Молекулы жидкостных веществ устремляются в данном положении окутать себя аналогичными частицами и прижимают жидкость ещё больше. В связи с этим зрительно поверхность жидкостного объекта как будто бы натягивается. Аналогичное явление возникает и при недоступности признаков других наружных условий, потому что оптимальной формой жидкостного вещества считается шар.
Твёрдые и жидкостные объекты обладают некоторым количеством одинаковых свойств.
Одним среди данных свойств является текучесть. Для жидкостных веществ текучесть содержит безграничный характер. Данное свойство появляется во время влияния наружных воздействий на предмет изучения. В данной ситуации присутствует некоторое количество разновидностей продолжения действий. Жидкостные вещества в соответствии с уровнем и интенсивностью влияния могут поделиться на несколько объектов, либо могут приступить к перетеканию. Образованные части аналогично наполнят объём ёмкости, так как любая часть вещества хранит изначальные характеристики.
При этом жидкостные вещества тонко откликаются на влияние разных температур. Наибольшее преобразование возникает при перемене агрегатного состояния вещества. Данное преобразование добивается с помощью нагревания, охлаждения либо кипения. Сжимаемость свойственна скорее всего для газообразных веществ. Данные вещества подчиняются сжатию при появлении некоторых ситуаций. Среди особенностей сжимаемости стоит выделить скорость данного явления, в том числе его размеренность.
Вместе с тем, жидкостные вещества имеют возможность испаряться и снова конденсироваться. Во время испарения жидкостное вещество постепенно переходит из жидкостного агрегатного состояния в газообразное. А при конденсации происходит противоположное явление в отношении к испарению.
Жидкости (физика): определение, свойства и примеры
Обновлено 31 января 2020 г.
Автор: GAYLE TOWELL
Жидкость — одно из четырех состояний материи, остальные — твердое, газообразное и плазменное. Изучение физики, связанной с жидкостями, представляет собой удивительно обширную область. Но если подумать, насколько многое в вашей жизни зависит от воды, текущей по трубам, или от способности лодок плавать в океане, или даже от способности сиропа для блинов вытекать из контейнера, становится легко понять, почему изучение и понимание жидкости имеет важное значение.
Состояние вещества
Существует четыре основных состояния вещества: твердое, жидкое, газообразное и плазменное.
Вещество может переходить из одного состояния в другое в зависимости от условий давления и температуры.
В твердом теле молекулы материала прочно связаны, и материал сохраняет свою форму. В жидкости молекулы менее прочно связаны и способны скользить или обтекать друг друга. В газе молекулы отделяются друг от друга. Газ всегда будет заполнять контейнер, в котором он находится, и может легко расширяться и сжиматься, в то время как жидкости и твердые тела не могут (или, по крайней мере, не в такой степени). A плазма — это состояние вещества, которое возникает, когда газ нагревается до такой степени, что он становится ионизированным.
Когда газ конденсируется и молекулы становятся достаточно близкими, чтобы воздействовать друг на друга и прилипать, он превращается в жидкость. Обычно для этого требуется охлаждение, которое удаляет энергию из системы.
Когда что-то в твердом состоянии плавится, оно становится жидкостью.
Обычно для этого требуется нагрев, который добавляет энергии в систему. По мере повышения температуры материала молекулярное движение увеличивается и преодолевает межмолекулярные силы, пытающиеся жестко удерживать молекулы вместе.
Определение жидкости
Как упоминалось ранее, жидкость — это состояние вещества. Несжимаемость жидкостей означает, что они имеют фиксированный объем (определенный объем) и не расширяются и не сжимаются каким-либо значительным образом, как газ.
В жидкости молекулы слабо связаны между собой силами сцепления и могут свободно обтекать друг друга. Жидкости принимают форму нижней части любого сосуда, в котором они находятся, и не сохраняют определенную форму, как это делают твердые тела.
Жидкости часто классифицируются как жидкость , что является более широким обозначением, применяемым как к жидкостям, так и к газам. Жидкость — это вещество, которое может течь, и многие законы физики, применимые к потоку жидкости, применимы и к потоку газов.
Примеры жидкостей
Примеры жидкостей можно найти повсюду. Скорее всего, вам больше всего знакома вода, потому что она необходима для жизни и покрывает около 71 процента земной поверхности. Поскольку вода находится в жидкой форме при стандартных температурах на Земле, считается, что именно благодаря ей здесь смогла сформироваться и процветать жизнь.
Есть, конечно, много других веществ, которые являются жидкими при комнатной температуре, включая спирт, бензин и даже ртуть.
Вещества, которые существуют в жидкой форме только при гораздо более низких температурах, включают ацетилен, двуокись углерода, метан и жидкий азот. К веществам, существующим в жидком виде только при гораздо более высоких температурах, относятся алюминий и многие другие металлы, углерод, фарфор и песок.
Жидкий кристалл — это состояние вещества между жидким и твердым. Некоторые вещества имеют по существу две разные температуры плавления: одну, при которой они становятся жидким кристаллом, и другую, более высокую точку, при которой они становятся обычной жидкостью.
Жидкие кристаллы могут течь подобно жидкости, но также демонстрируют симметрию, обычно связанную с кристаллическими твердыми телами. Жидкие кристаллы используются в дисплеях часов, калькуляторов и телевизоров.
Давление в жидкости
Давление — это мера силы на единицу площади. В жидком веществе все молекулы жидкости прижимаются друг к другу и создают внутреннее давление . Вы можете представить себе, что стенки контейнера также испытывают эту силу на единицу площади, и если вы проткнете отверстие, давление вытолкнет жидкость наружу.
Давление в жидкости также является причиной того, что вы можете плавать в бассейне. Связанная сила противодействует гравитации.
Величина давления в жидкости зависит от плотности жидкости и глубины. Соотношение следующее:
Где P — давление, ρ — плотность, d — глубина и g — ускорение свободного падения.
Тот факт, что давление увеличивается с глубиной, является причиной того, что дайверы должны быть осторожны.
Они должны позволить своему телу адаптироваться к увеличению и уменьшению давления, чтобы избежать травм.
Для жидкости в трубе разница в давлении вдоль трубы заставит жидкость течь. Это потому, что давление по сути является силой, а неуравновешенная сила вызывает изменение движения.
Закон Архимеда
Как вы, вероятно, знаете, некоторые объекты плавают, а некоторые тонут, и даже те, которые тонут, имеют тенденцию делать это медленно. Это говорит нам о том, что должна существовать сила, которую прикладывает жидкость, противодействующая гравитации. Эта сила называется выталкивающей силой. Принцип Архимеда описывает выталкивающую силу в жидкости, то есть силу, которая заставляет предметы плавать.
Архимед определяет величину выталкивающей силы очень просто: она равна весу жидкости, вытесненной погруженным в воду предметом. Этот вес легко вычислить как произведение объема предмета (или его части), который погружен, плотность жидкости и g, ускорение свободного падения.
Поскольку сила тяжести, действующая на объект, является произведением его массы на g, а его масса равна произведению его объема на плотность, легко видеть, что для того, чтобы плавать, объекты должны быть менее плотными, чем вода.
Вязкость и жидкости
Другим свойством жидкостей является вязкость. Вязкость — это мера того, насколько жидкая или густая жидкость, или ее сопротивление потоку или объектам, проходящим через нее. Если бы вы сравнили сироп с водой, например, вы бы заметили, что вода выливается быстрее и быстрее, чем густой сироп. Это потому, что сироп имеет более высокую вязкость. Говорят, что он более вязкий.
Вязкость обусловлена трением между молекулами в слоях текущей жидкости. Чем больше трение, тем больше вязкость. Факторы, определяющие вязкость жидкости, включают температуру и форму молекулы.
12.2: Свойства жидкостей и твердых тел
- Последнее обновление
- Сохранить как PDF
- Идентификатор страницы
- 98079
Цели обучения
- Описать твердую и жидкую фазы.
Твердые тела и жидкости вместе называются конденсированными фазами , поскольку их частицы находятся в виртуальном контакте. Однако у двух штатов мало общего.
Твердые вещества
В твердом состоянии отдельные частицы вещества находятся в фиксированном положении по отношению друг к другу, поскольку тепловой энергии недостаточно для преодоления межмолекулярных взаимодействий между частицами. В результате твердые тела имеют определенную форму и объем. Большинство твердых веществ твердые, но некоторые (например, воски) относительно мягкие. Многие твердые тела, состоящие из ионов, также могут быть довольно хрупкими.
Рисунок \(\PageIndex{1}\): Кристаллическая структура кластера кристаллов кварца. Некоторые крупные кристаллы выглядят так из-за правильного расположения атомов (ионов) в их кристаллической структуре. (Источник: Википедия.) Частицы, из которых состоят твердые тела, обычно располагаются в регулярном трехмерном массиве чередующихся положительных и отрицательных ионов, называемом кристаллом.
Эффект такого регулярного расположения частиц иногда виден макроскопически, как показано на рисунке \(\PageIndex{1}\). Некоторые твердые тела, особенно состоящие из крупных молекул, не могут легко организовать свои частицы в такие правильные кристаллы и существуют в виде аморфных (буквально «бесформенных») твердых тел. Стекло является одним из примеров аморфного твердого тела.
Жидкости
Если частицы вещества обладают достаточной энергией для частичного преодоления межмолекулярных взаимодействий, то частицы могут двигаться относительно друг друга, оставаясь при этом в контакте. Это описывает жидкое состояние. В жидкости частицы все еще находятся в тесном контакте, поэтому жидкости имеют определенный объем. Однако, поскольку частицы могут довольно свободно перемещаться относительно друг друга, жидкость не имеет определенной формы и принимает форму, диктуемую ее сосудом.
Рисунок \(\PageIndex{2}\): Формирование сферической капли жидкой воды сводит к минимуму площадь поверхности, что является естественным результатом поверхностного натяжения жидкостей.
(Источник: Википедия.)Газы
Если частицы вещества обладают достаточной энергией для полного преодоления межмолекулярных взаимодействий, то частицы могут отделяться друг от друга и беспорядочно перемещаться в пространстве. Как и жидкости, газы не имеют определенной формы, но в отличие от твердых тел и жидкостей у газов нет и определенного объема.
Рисунок \(\PageIndex{3}\): Представление твердого, жидкого и газообразного состояний. Твердое тело имеет определенный объем и форму, жидкость имеет определенный объем, но не имеет определенной формы, а газ не имеет ни определенного объема, ни определенной формы. Переход из твердого состояния в жидкое обычно существенно не меняет объем вещества. Однако переход из жидкости в газ значительно увеличивает объем вещества в 1000 и более раз. На рисунке \(\PageIndex{3}\) показаны различия между твердыми телами, жидкостями и газами на молекулярном уровне, а в таблице \(\PageIndex{1}\) перечислены различные характеристики этих состояний.
| Характеристика | Твердый | Жидкость | Газ |
|---|---|---|---|
| форма | определенный | неопределенный | неопределенный |
| объем | определенный | определенный | неопределенный |
| относительная сила межмолекулярного взаимодействия | сильный | умеренный | слабый |
| относительное положение частиц | в контакте и закреплен на месте | в контакте, но не зафиксировано | не в контакте, случайные положения |
Пример \(\PageIndex{1}\)
Какое состояние или состояния материи описывает каждое утверждение?
- Это состояние имеет определенный объем.
- Это состояние не имеет определенной формы.
- Это состояние позволяет отдельным частицам двигаться, оставаясь при этом в контакте.
Раствор
- Это утверждение описывает жидкое или твердое состояние.
- Это утверждение описывает жидкое или газообразное состояние.
- Это утверждение описывает жидкое состояние.
Упражнение \(\PageIndex{1}\)
Какое состояние или состояния материи описывает каждое утверждение?
- В этом состоянии отдельные частицы находятся в фиксированном положении по отношению друг к другу.
- В этом состоянии отдельные частицы находятся далеко друг от друга в пространстве.
- Это состояние имеет неопределенную форму.
- Ответить на
твердый
- Ответ б
газ
- Ответ c
жидкость или газ
Взгляд поближе: вода, самая важная жидкость
Земля — единственное известное тело в нашей Солнечной системе, на поверхности которого свободно существует жидкая вода; жизнь на Земле была бы невозможна без наличия жидкой воды.
Вода обладает рядом свойств, которые делают ее уникальным веществом среди веществ. Это отличный растворитель; он растворяет многие другие вещества и позволяет этим веществам реагировать в растворе. На самом деле воду иногда называют универсальный растворитель благодаря этой способности. Вода имеет необычно высокие температуры плавления и кипения (0°C и 100°C соответственно) для такой маленькой молекулы. Температуры кипения для молекул аналогичного размера, таких как метан (точка кипения = -162°C) и аммиак (точка кипения = -33°C), более чем на 100° ниже. Хотя молекулы воды являются жидкостью при нормальных температурах, они испытывают относительно сильное межмолекулярное взаимодействие, которое позволяет им сохранять жидкую фазу при более высоких температурах, чем ожидалось.
В отличие от большинства веществ, твердая форма воды менее плотна, чем жидкая, что позволяет льду плавать на поверхности воды. В более холодную погоду озера и реки замерзают сверху, позволяя животным и растениям продолжать жить под ними.