Властивості рідин. Основні фізичні властивості рідини

Відомо, що все, що оточує людину, включаючи і його самого, - це тіла, що складаються з речовин. Ті, у свою чергу, побудовані з молекул, останні з атомів, а вони - з ще більш дрібних структур. Однак навколишній різноманітність настільки велике, що складно уявити навіть якусь спільність. Так і є. З`єднання обчислюються мільйонами, кожне з них унікально по властивостями, будовою і виконуваної ролі. Всього виділяють кілька фазових станів, за якими можна співвіднести всі речовини.

Агрегатні стани речовин

Можна назвати чотири варіанти агрегатного стану з`єднань.

1. Гази.
2. Тверді речовини.
3. Рідини.
4. Плазма - сильно розріджені іонізовані гази.

У даній статті ми розглянемо властивості рідин, особливості їх будови і можливі параметри характеристик.

Класифікація рідких тіл

В основу даного поділу покладені властивості рідин, їх структура і хімічну будову, а також типи взаємодій складовими з`єднання частинками.

1. Такі рідини, які складаються з атомів, утримуються між собою силами Ван-дер-Ваальса. Прикладами можуть служити рідкі гази (аргон, метан та інші).
2. Такі речовини, які складаються з двох однакових атомів. Приклади: гази в зрідженому вигляді - водень, азот, кисень та інші.
3. Рідкі метали - ртуть.
4. Речовини, що складаються з елементів, пов`язаних ковалентними полярними зв`язками. Приклади: хлороводень, йодоводород, сірководень та інші.
5. Сполуки, в яких присутні водневі зв`язки. Приклади: вода, спирти, аміак в розчині.

Існують і особливі структури - типу рідких кристалів, неньютоновскіх рідин, які володіють особливими властивостями.

Ми ж розглянемо основні властивості рідини, які відрізняють її від усіх інших агрегатних станів. У першу чергу це такі, які прийнято називати фізичними.

Властивості рідин: форма і обсяг

Всього можна виділити близько 15 характеристик, які дозволяють описати, що ж являють собою розглянуті речовини і в чому полягає їх цінність, особливості.

Найперші фізичні властивості рідини, які приходять на думку при згадці цього агрегатного стану, це здатність змінювати форму і займатиме певний об`єм. Так, наприклад, якщо говорити про форму рідких речовин, то загальноприйнято вважати її відсутньої. Однак це не так.

Під дією всім відомої сили тяжіння краплі речовини піддаються якоїсь деформації, тому їх форма порушується і стає невизначеною. Однак якщо помістити краплю в умови, за яких гравітація діє або сильно обмежена, то вона прийме ідеальну форму кулі. Таким чином, отримавши завдання: "Назвіть властивості рідин" людина, яка вважає себе досить обізнаним у фізиці, повинен згадати про цей факт.

Що стосується обсягу, то тут слід зауважити загальні властивості газів і рідин. І ті й інші здатні займати весь обсяг простору, в якому знаходяться, обмежуючись лише стінками посудини.

В`язкість

Фізичні властивості рідини вельми різноманітні. Але унікальним є таке з них, як в`язкість. Що це таке і чим визначається? Головні параметри, від яких залежить розглянута величина, це:

• дотичне напруження;
• градієнт швидкості руху.

Залежність зазначених величин лінійна. Якщо ж пояснити більш простими словами, то в`язкість, як і обсяг, - це такі властивості рідин і газів, які є для них загальними і мають на увазі необмежений рух незалежно від зовнішніх сил впливу. Тобто якщо вода витікає з посудини, вона буде продовжувати це робити при будь-яких діях (сила тяжкості, тертя та інших параметрах).

У цьому полягає відмінність від неньютоновскіх рідин, які володіють більшою в`язкістю і можуть залишати слідом за рухом діри, заповнюються з часом.

Від чого ж буде залежати даний показник?

1. Від температури. Зі збільшенням температури в`язкість одних рідин збільшується, а інших, навпаки, зменшується. Це залежить від конкретного з`єднання і його хімічної будови.
2. Від тиску. Підвищення викликає збільшення показника в`язкості.
3. Від хімічного складу речовини. В`язкість змінюється при наявності домішок і сторонніх компонентів в навішуванні чистого речовини.

Теплоємність

Цей термін визначає здатність речовини поглинати певну кількість тепла для збільшення власної температури на один градус за Цельсієм. Існують різні сполуки за даним показником. Одні володіють більшою, інші меншою теплоємністю.

Так, наприклад, вода - дуже хороший теплонакопичувачів, що дозволяє її широко використовувати для систем опалення, приготування їжі та інших потреб. В цілому, показник теплоємності строго індивідуальний для кожної окремо взятої рідини.

Поверхневий натяг

Часто, отримавши завдання: "Назвіть властивості рідин" відразу згадують про поверхневому натягу. Адже з ним дітей знайомлять на уроках фізики, хімії та біології. І кожен предмет пояснює цей важливий параметр зі свого боку.

Класичне визначення поверхневого натягу наступне: це межа розділу фаз. Тобто в той час, коли рідина зайняла певний обсяг, вона зовні межує з газовим середовищем - повітрям, парою або ще якимось речовиною. Таким чином, на місці зіткнення виникає поділ фаз.

При цьому молекули прагнуть оточити себе якомога більшою кількістю частинок і, таким чином, призводять як би до стискання рідини в цілому. Отже, поверхня немов натягується. Цим же властивістю можна пояснити і кулясту форму крапель рідини при відсутності впливу сил тяжкості. Адже саме така форма ідеальна з погляду енергії молекули. Приклади:

• мильні бульбашки;
• кипляча вода;
• краплі рідини в невагомості.

Деякі комахи пристосувалися до "ходіння" по поверхні води саме завдяки поверхневому натягу. Приклади: водоміри водоплавні жуки, деякі личинки.

Плинність

Є загальні властивості рідин і твердих тіл. Одне з них - плинність. Вся різниця в тому, що для перших вона необмежена. У чому полягає суть цього параметра?

Якщо прикласти зовнішній вплив до рідкого а тіла, розділиться на частини і відокремить їх один від одного, тобто перетече. При цьому кожна частина знову заповнить весь об`єм посудини. Для твердих тіл ця властивість обмежено і залежить від зовнішніх умов.

Залежність властивостей від температури

До таких можна віднести три параметри, що характеризують аналізовані нами речовини:

• перегрів;
• охолодження;
• кипіння.

Такі властивості рідин, як перегрівання і переохолодження, безпосередньо пов`язані з критичними температурами (точками) кипіння і замерзання відповідно. Перегрівшись називають рідину, яка подолала поріг критичної точки нагрівання при впливі температури, однак зовнішніх ознак кипіння почнуть акредитувати.

Переохолодженої, відповідно, називають рідину, яка подолала поріг критичної точки переходу в іншу фазу під впливом низьких температур, однак твердої не стала.

Як у першому, так і в другому випадку є умови для прояву таких властивостей.

1. Відсутність механічних впливів на систему (рух, вібрація).
2. Рівномірна температура, без різких стрибків і перепадів.

Цікавий факт, що якщо в перегріту рідину (наприклад, воду) кинути сторонній предмет, то вона миттєво скипить. Отримати ж її можна нагріванням під впливом випромінювання (в мікрохвильовій печі).

Співіснування з іншими фазами речовин

Можна виділити два варіанти по даному параметру.

1. Рідина - газ. Такі системи є найбільш широко поширеними, оскільки існують в природі повсюдно. Адже випаровування води - частина природного кругообігу. При цьому утворюється пар існує одночасно з рідкою водою. Якщо ж говорити про замкнутій системі, то і там відбувається випаровування. Просто пар стає насиченим дуже швидко і вся система в цілому приходить до рівноваги: рідина - насичений пар.
2. Рідина - тверді речовини. Особливо на таких системах помітно ще одна властивість - змочуваність. При взаємодії води і твердої речовини останнє може смачиваться повністю, частково або взагалі відштовхувати воду. Існують сполуки, які розчиняються у воді швидко і практично необмежено. Є й ті, що взагалі до цього не здатні (деякі метали, алмаз та інші).

   

В цілому вивченням взаємодії рідин з сполуками в інших агрегатних станах займається дисципліна гідроаеромеханіка.

Стисливість

Основні властивості рідини були б неповними, якби ми не згадали про стисливості. Звичайно, цей параметр більше характерний для газових систем. Однак і розглядаються нами також можуть піддаватися стисненню за певних умов.

Головна відмінність - це швидкість процесу та його рівномірність. Якщо газ можна стиснути швидко і під невеликим тиском, то рідини стискаються нерівномірно, досить довго і при спеціально підібраних умовах.

Випаровування і конденсація рідин

Це ще дві властивості рідини. Фізика дає їм наступні пояснення:

1. Випаровування - ето процес, який характеризує поступовий перехід речовини з рідкого агрегатного стану в твердий. Відбувається це під дією теплових впливів на систему. Молекули приходять в рух і, змінюючи свою кристалічну решітку, переходять в газоподібний стан. Процес може відбуватися до тих пір, поки вся рідина не перейде в пар (для відкритих систем). Або ж до встановлення рівноваги (для замкнутих судин).
2. Конденсація - процес, протилежний вище зазначеного. Тут пар переходить в молекули рідини. Так відбувається до встановлення рівноваги або повного фазового переходу. Пар віддає в рідину більшу кількість частинок, ніж вона йому.

Типові приклади цих двох процесів у природі - випаровування води з поверхні Світового океану, конденсація її у верхніх шарах атмосфери, а потім випадання у вигляді опадів.

Механічні властивості рідини

Дані властивості є предметом вивчення такої науки, як гидромеханика. Конкретно - її розділу, теорії механіки рідини і газу. До основних механічним параметрами, які характеризують розглядається агрегатний стан речовин, відносяться:

• щільність;
• питома вага;
• в`язкість.

Під щільністю рідкого тіла розуміють його масу, яка міститься в одній одиниці об`єму. Даний показник для різних з`єднань варіюється. Існують вже розраховані і виміряні експериментальним шляхом дані за цим показником, які занесені в спеціальні таблиці.

Питомою вагою прийнято вважати вага однієї одиниці об`єму рідини. Даний показник сильно залежить від температури (при підвищенні її вага знижується).

Для чого слід вивчати механічні властивості рідин? Дані знання є важливими для розуміння процесів, що відбуваються в природі, всередині людського організму. Також при створенні технічних засобів, різної продукції. Адже рідкі речовини - одна з найпоширеніших агрегатних форм на нашій планеті.

Неньютонівські рідини та їх властивості

Властивості газів, рідин, твердих тіл - це об`єкт вивчення фізики, а також деяких суміжних з нею дисциплін. Однак крім традиційних рідких речовин, існують ще й так звані неньютонівські, їх теж вивчає ця наука. Що вони собою являють і чому отримали таку назву?

Для розуміння того, що собою являють подібні з`єднання, наведемо найпоширеніші побутові приклади:

• "лизун", яким грають діти;
• "хенд гам", або жуйка для рук;
• звичайна будівельна фарба;
• розчин крохмалю у воді та інше.

Тобто це такі рідини, в`язкість яких підпорядковується градієнту швидкості. Чим швидше вплив, тим вище показник в`язкості. Тому при різкому ударі хенд гама об підлогу він перетворюється в зовсім тверда речовина, здатне розколотися на частини.

Якщо ж залишити його в спокої, то буквально через кілька хвилин він розтечеться липкою калюжкою. Неньютонівські рідини - досить унікальні за властивостями речовини, які знайшли застосування не тільки в технічних цілях, але і в культурно-побутових.