Fluiditate. Corpurile lichide și gazoase diferă de corpurile solide prin proprietatea fluidității. Dacă forțe mici nedistructive acționează asupra unui corp solid, atunci ele își schimbă ușor forma, adică. poziţia relativă a părţilor sale. Dacă, sub influența unor forțe externe arbitrar mici, corpul se deformează nelimitat până când tensiunile tangenţiale interne din el devin egale cu zero, atunci în acest caz proprietatea numită fluiditate .

Multe corpuri fizice sunt de natură duală. De exemplu, sticla, pe care suntem obișnuiți să o considerăm solid fragil, se poate comporta ca un lichid sub sarcină prelungită. Astfel, sticla ferestrei care a rezistat de mai bine de 100 de ani este mai groasă în partea inferioară decât în ​​partea superioară, deoarece sub influența gravitației materialul „curge” în jos. Pe de altă parte, un astfel de lichid tipic precum apa, atunci când este supus unei încărcări rapide (impact), se comportă ca un solid.

Să încercăm să determinăm natura acestei dualități la nivel molecular. Datorită acțiunii forțelor de atracție și de respingere, dispunerea moleculelor în spațiu este ordonată. Distanța medie caracteristică dintre moleculele unui lichid și unui solid este aproximativ aceeași și egală cu "(3¸4)10 -8 cm. Sub influența căldurii, moleculele se mișcă (oscilează haotic) în jurul poziției de echilibru, crescând amplitudinea oscilațiilor cu temperatura. În solide, amplitudinea este mult mai mică decât distanța dintre molecule, în lichide - acestea sunt cantități de aceeași ordine. Prin urmare, vibrațiile moleculelor efectuate cu o amplitudine de aceeași ordine cu distanța poate duce la faptul că moleculele pot sări dintr-un loc în altul al celulei. În unele lichide acest lucru se întâmplă mai des, în altele - mai rar.

Fluiditatea unui corp este determinată de timpul caracteristic t r al unei molecule care se află în fiecare celulă din momentul în care intră în ea până în momentul în care sare în altă celulă. Dacă timpul de acțiune al unei molecule într-o celulă este mult mai mic decât timpul de acțiune al forței, atunci în timpul perioadei de acțiune a forței moleculele își pot schimba de multe ori poziția în spațiu, adică. permițând forței să deformeze continuu și ireversibil corpul (adică să se comporte ca un fluid). Numim acest corp lichid . Altfel avem de-a face cu un corp solid. Pe măsură ce temperatura crește, fluiditatea corpului crește.

O trăsătură caracteristică a corpurilor gazoase este mișcarea haotică și ciocnirea moleculelor în spațiu. Prin urmare, gazele au nu numai fluiditate, ci și compresibilitate.

Compresibilitatea lichidelor și gazelor. Să aplicăm o forță DF și să creștem presiunea în volumul V cu valoarea Dp (Fig. 1.2). Mediul continuu se va comprima, reducându-și volumul cu cantitatea DV. S-a constatat empiric că relația dintre modificarea volumului și presiune este liniară, adică. pentru fiecare lichid și gaz, puteți introduce o constantă numită coeficient de dilatare volumetrică (la temperatură constantă):

. (1.3.1)

Raportul de compresie volumetric are o dimensiune (Pa) -1. Semnul minus este introdus pentru a reflecta scăderea volumului sub compresie, dar pentru calcule practice este convenabil să fie pozitiv.

Modulul general de elasticitate E V este reciproca lui b V:

. (1.3.2)

Ambele valori depind de temperatura și tipul de lichid. Modulul de elasticitate volumetrică pentru apă la T = 293°K este egal cu E V = 2 × 10 9 Pa » 20.000 kgf/cm 2 .

Exemplu. Dacă, pe lângă presiunea atmosferică (p a = 101325 Pa sau 1,033 kgf/cm2), se aplică în plus aceeași presiune apei, atunci volumul de apă va scădea cu aproximativ 1/20000, adică. practic este imposibil de observat. În consecință, apa și alte lichide pot fi considerate incompresibile și se poate presupune că densitatea lor este constantă (r = const), independent de presiune.

Pentru gaz, se poate folosi destul de eficient modelul de gaz ideal, caracterizat de ecuația Clapeyron - Mendeleev

sau , (1.3.3)

unde R este constanta specifică a gazului, independentă de densitate și temperatură, dar diferită în funcție de natura gazului (de exemplu, pentru aer R = 287 J/kgK). Folosind ecuația (1.5.3), puteți găsi densitatea aerului la presiunea atmosferică și temperatura ambiantă egală cu 20ºС:

.

Din această lege rezultă legea lui Boyle - Mariotte, stabilind o relație izotermă între presiune și densitate:

pentru un volum dat de gaz la temperatură constantă.

Pentru un proces adiabatic (când nu există schimb de căldură între volumul de gaz eliberat și mediu), este caracteristică următoarea dependență:

, (1.3.5)

Unde - constanta gazelor adiabatice; cu v - capacitatea termică a gazului la volum constant; cu p - la fel la presiune constantă.

Diferența dintre mecanica fluidelor și mecanica gazelor. În ciuda faptului că proprietatea fluidității este fundamentală în studiul lichidelor și gazelor, totuși, în unele cazuri, este necesar să se facă distincția între lichide și gaze.

· Principala diferență este că gazul este ușor comprimat și în el viteza de propagare a sunetului (și, prin urmare, a tuturor perturbațiilor mecanice) este mult mai mică decât în ​​lichid. Această caracteristică a unui gaz trebuie luată în considerare atunci când viteza de mișcare (sau viteza de mișcare a unui corp solid în el) devine proporțională cu viteza sunetului sau o depășește.

· Spre deosebire de un gaz, un lichid are o suprafață de limită între el și gazul care îl înconjoară, care se numește suprafață liberă. În câmpul gravitațional, suprafața liberă a lichidului are un profil orizontal. În condiții de imponderabilitate, din cauza tensiunii superficiale, suprafața liberă este sferică. Această proprietate a unui lichid, precum și compresibilitatea sa scăzută, se datorează interacțiunii constante a moleculelor învecinate. Într-un gaz, moleculele interacționează între ele doar în momentul ciocnirii, de cele mai multe ori se mișcă liber în spațiu, prin urmare, datorită mișcării haotice, gazul tinde să fie distribuit uniform în întreaga zonă închisă. Dacă spațiul nu este închis, atunci volumul de gaz poate crește fără limită.

· Într-un gaz, puteți reduce nelimitat presiunea și crește temperatura și, în același timp, proprietățile gazului se vor schimba continuu. Într-un lichid, presiunea poate scădea până la o anumită valoare, sub care încep să se formeze bule de gaz în interiorul acestuia și încep tranzițiile de fază, care modifică calitativ proprietățile fluidului. Același lucru se poate întâmpla atunci când temperatura lichidului crește.

Vâscozitatea lichidelor și gazelor. Proprietățile reologice ale lichidelor. Vâscozitatea este o proprietate a unui mediu fluid, care constă în apariția în el a unor forțe interne care împiedică deformarea acestuia, adică. schimbând poziţia relativă a părţilor sale. Să luăm în considerare un caz special al teoriei cinetice moleculare a unui gaz ideal - un flux de forfecare simplu (Fig. 1.3).

Fig.1.3. Tensiuni vâscoase în lichide și gaze

Zona elementară a suprafeței care separă straturile 1 și 2 se mișcă împreună cu lichidul. În acest caz, stratul lichid 1 alunecă peste stratul 2 cu o viteză relativă. Moleculele de gaz participă la două tipuri de mișcări:

· ordonate (longitudinale) cu viteza u x sau u x + D u x in functie de stratul in care se afla;

· mișcare termică haotică, dezordonată (inclusiv transversală), a cărei viteză este de obicei cu două ordine de mărime mai mare decât viteza mișcării ordonate.

Vâscozitatea gazului se datorează transferului de molecule în timpul mișcării lor termice prin zona elementară DхDу, situate în planul care separă două straturi având viteze longitudinale diferite u x și u x + Du x, cantitatea de mișcare datorată diferenței Du x din vitezele acestor straturi. Moleculele se deplasează haotic într-o manieră aleatorie, în timp ce se deplasează de la un strat la altul, traversând zona DxDy. Moleculele cu o viteză ordonată u x se deplasează în strat 2 și încetinește mișcarea acestuia și același număr de molecule prinse în strat 1 din strat 2, accelerează stratul 1.

Prin introducerea unui model continuum (adică excluderea structurii moleculare a substanței din luare în considerare), se crede că un stres tangențial acționează asupra zonei DxDy, compensând transferul de impuls cauzat de mișcarea termică a moleculelor. Conform teoriei cinetice moleculare, stresul tangențial

(1.3.6)

unde h - coeficient de vâscozitate dinamică , sau pur și simplu vâscozitatea dinamică a gazului. Aceasta este o caracteristică hidrodinamică determinată de proprietățile fizice ale fluidului. Semnul tensiunii este ca și cum ar „încerca” să reducă diferența de viteză dintre straturi. Odată cu creșterea temperaturii, viteza de mișcare haotică a moleculelor crește, ceea ce duce la o creștere a numărului de molecule care traversează zona DxDy pe unitatea de timp; în consecință, transferul de impuls de la un strat la altul și, în consecință, crește și efortul tangențial p zx. Conform (1.3.6), aceasta înseamnă că odată cu creșterea temperaturii coeficientul dinamic al vâscozității gazului crește.

Într-un lichid, principalul motiv pentru influența unui strat asupra altuia (adică, transferul de impuls) este interacțiunea moleculelor situate pe părți opuse ale graniței dintre straturi și nu transferul moleculelor peste această limită. După cum sa menționat deja, teoria cinetică moleculară a lichidelor nu este încă suficient de dezvoltată, prin urmare mecanismul vâscozității în lichide este studiat mult mai puțin bine decât în ​​gaze. De obicei, se crede că într-un lichid, structurile cvasicristaline se formează și se distrug continuu în timpul alunecării relative a straturilor, iar forțele necesare distrugerii lor determină vâscozitatea. În mod natural, odată cu creșterea temperaturii, moleculele lichide devin mai mobile și distrugerea structurilor are loc la valori mai mici ale forțelor tăietoare. Astfel, coeficientul dinamic de vâscozitate al unui lichid scade odată cu creșterea temperaturii (spre deosebire de gaze - vezi mai sus).

În ciuda mecanismelor moleculare diferite de apariție a tensiunilor în lichide și gaze, în ambele medii, tensiunile tangențiale sunt asociate cu variabilitatea câmpului de viteză de aceeași dependență.

pod (1.3.6), care se numește Legea lui Newton pentru tensiunile vâscoase. Spre deosebire de legea pentru frecare uscată, efortul de forfecare în lichide și gaze nu depinde de solicitarea normală.

Conform definiției (1.3.6), coeficientul de vâscozitate dinamică h are următoarea unitate de măsură:

.

Dimensiunea h se exprimă prin dimensiunile tensiunii Pa și timpului s. Uneori, g/cm×s este folosit ca unitate h, care se numește poise (în onoarea medicului francez A. Poiseuille, care a efectuat studii fundamentale asupra mișcării fluidului vâscos) și se notează P:

Pa×s = 10×P.

Dependența (1.3.6) caracterizează transferul prin curgerea impulsului straturilor de fluid, care este proporțional atât cu viteza u x cât și cu densitatea fluidului r. Având în vedere acest lucru, este util să reprezentați legea lui Newton sub formă

,

. (1.3.7)

Această cantitate are dimensiunea

.

Datorită faptului că dimensiunea n include doar metri și secunde (și nu include dimensiunea masei), această mărime se numește coeficientul de vâscozitate cinematică(sau vâscozitatea cinematică). Dimensiunea cm 2 /s se numește Stokes (în onoarea hidromecanistului englez J. Stokes, care a formulat ecuațiile diferențiale ale mișcării unui fluid vâscos) și se notează St:

1St = 10 -4 m 2 /s.

În concluzie, observăm că în gaze atât vâscozitatea (care caracterizează transferul de impuls), cât și difuzia moleculară (care caracterizează transferul gazului străin) sunt cauzate de mișcarea haotică termică a moleculelor. Prin urmare, coeficientul de vâscozitate n este de același ordin de mărime ca și coeficientul de difuzie moleculară din legea lui Fick. În lichide, vâscozitatea (și transferul de impuls asociat) se datorează distrugerii legăturilor intermoleculare, iar difuzia se datorează mișcării termice a moleculelor, adică. aceste fenomene au naturi fizice diferite. Ca o consecință a acestui fapt, coeficientul de difuzie într-un lichid este de sute de ori mai mic decât coeficientul de vâscozitate n. Tabelul 1.1 prezintă valorile lui h, r, n pentru unele lichide și gaze.

Tabelul 1.1

Valorile lui h, r, n pentru unele lichide și gaze

Din valorile date ale coeficienților de vâscozitate rezultă că vâscozitatea apei scade odată cu creșterea temperaturii de la 0 la 100 ° C de aproape șapte ori, iar vâscozitatea aerului crește cu creșterea temperaturii de la 20 la 50 ° C cu 25% .

Pentru calculele în practica inginerească se utilizează valoarea aproximativă a coeficientului cinematic al vâscozității apei: n = 0,01 cm 2 /s = 0,01 St. Lichidele pentru care dependența (1.3.6) este valabilă se numesc newtoniene.

Cu toate acestea, există multe lichide pentru care legea lui Newton nu este valabilă. Știința naturii dependenței se numește reologie (greacă reo - flux, logos - învățătură). Dacă prezentați dependența (1.3.6) sub forma unui grafic (Fig. 1.4), atunci va arăta ca o linie dreaptă 1.

Într-un studiu experimental al unor lichide, acesta poate lua forma curbei 2. Astfel de lichide care rezistă mici (p zx< ) сдвигающим напряжениям, как твердое тело, а при (p zx >) se comportă ca niște corpuri lichide și se numesc lichide Bingham-Shvedov.

Lichidele al căror comportament este descris de curbele 3, 4 se numesc lichide Ostwald-Weyl. Dacă se supun dependențelor 3, atunci se numesc pseudoplastic, iar dacă urmează dependențele 4, se numesc dilatant. Mecanica de mișcare a unor astfel de lichide (acestea sunt rășini, produse petroliere, soluții de polimeri etc.) sunt foarte complexe.

• Atomii (sau moleculele) din cristale sunt aranjați în mod ordonat pentru a forma o rețea cristalină.

Întrebări și sarcini

Primul nivel

1. Ce stări ale materiei cunoașteți?
2. Cum puteți verifica experimental că un pahar „gol” este umplut cu aer?
3. De ce nu poți umple doar jumătate dintr-un vas cu gaz care nu are pereți despărțitori?
4. Care este structura moleculară a gazelor? Ce proprietăți ale gazelor explică?
5. Ce observații despre proprietățile unui lichid se pot face turnând apă dintr-un recipient în altul?
6. Care este structura moleculară a lichidelor? Ce proprietăți ale lichidelor explică?
7. Ce proprietăți ale solidelor cunoașteți? Dați exemple care ilustrează diferențele dintre proprietățile solidelor.

   Al doilea nivel

8. Dați exemple de gaze, lichide și solide pe care le cunoașteți.
9. Care sunt proprietățile comune ale lichidului și gazului? Lichid și solid?
10. Care sunt principalele diferențe dintre un gaz și un lichid și un solid?
11. Ce explică compresibilitatea scăzută a lichidelor și solidelor?
12. Ce sunt corpurile cristaline? Care este structura lor moleculară? Dați exemple de solide cristaline.
13. Dați exemple de corpuri amorfe. Care este diferența lor față de cele cristaline?
14. Ce au în comun corpurile amorfe și corpurile cristaline? În corpuri amorfe și lichide?
15. Alcătuiți o problemă despre stările materiei, răspunsul la care ar fi: „Numai gaz”.

Laborator acasă

1. Umpleți o sticlă de plastic pe jumătate cu apă și acoperiți-o bine. Încercați să strângeți sticla. Apoi repetați același experiment, umplând sticla până la vârf. Ce diferenta ai observat? Ce indică?
2. Examinați cristalele de zahăr granulat și sare de masă sub o lupă. Comparați-le cu bucăți foarte mici de sticlă spartă. Care este diferența? Poți explica?

Principalul lucru în acest capitol

• Toate corpurile din jurul nostru sunt formate din atomi. Oamenii de știință cunosc astăzi peste 100 de tipuri diferite de atomi.
• Atrăgându-se unii pe alții, atomii formează molecule. Oamenii de știință cunosc câteva milioane de tipuri de molecule.
• Proprietățile unei substanțe sunt determinate de tipul de molecule care alcătuiesc substanța.
• Dimensiunile moleculelor sunt măsurate în milionimi de milimetru.
• Moleculele de gaze, lichide și solide sunt în mișcare haotică constantă - acest lucru este indicat, de exemplu, de mișcarea browniană și de fenomenul de difuzie.
• Viteza mișcării haotice (termice) a moleculelor crește odată cu creșterea temperaturii.
• Moleculele interacționează între ele: la distanțe foarte scurte se resping, iar la distanțe puțin mai mari se atrag. Repulsia moleculelor explică incompresibilitatea lichidelor și solidelor în care moleculele sunt situate aproape unele de altele.

• O substanță poate fi în stare solidă, lichidă sau gazoasă.
• Gazul ocupă întregul volum furnizat acestuia. Gazul este ușor de compresibil. Moleculele dintr-un gaz nu sunt situate aproape unele de altele.
• Lichidul ia forma recipientului in care se afla. Acest lucru se datorează fluidității sale. Lichidul este practic incompresibil. Moleculele dintr-un lichid sunt situate aproape unele de altele, dar nu există o ordine specifică în acest aranjament.
• Solidele păstrează volumul și forma.
• Solidele sunt cristaline și amorfe.
• Atomii (sau moleculele) din cristale sunt aranjați în mod ordonat, formând o rețea cristalină.
• Proprietățile solidelor cristaline sunt determinate nu numai de tipul de atomi sau molecule, ci și de structura rețelei cristaline.

În mecanica fluidelor, se obișnuiește să se combine lichide, gaze și vapori sub un singur nume - lichide. Acest lucru se datorează faptului că legile mișcării lichidelor și gazelor (vaporilor) sunt aceleași dacă viteza lor este semnificativ mai mică decât viteza sunetului. Lichide sunt toate substanțele care prezintă fluiditate atunci când le sunt aplicate cele mai mici forțe tăietoare.

La derivarea legilor de bază în mecanica fluidelor, se introduce și conceptul de fluid ideal, care, spre deosebire de un fluid real (vâscos), este absolut incompresibil sub influența presiunii, nu modifică densitatea la schimbarea temperaturii și nu are viscozitate.

Masa de lichid conținută într-o unitate de volum V, reprezintă densitate corp

Se numește inversul densității și reprezentând volumul ocupat de o unitate de masă volum specific:

.

Se numește greutatea unei unități de volum de lichid gravitație specifică:

Greutatea specifică a unui lichid și densitatea acestuia sunt legate prin relație

Densitatea, volumul specific și greutatea specifică sunt printre cele mai importante caracteristici ale lichidelor.

Lichidele reale sunt împărțite în picături și elastice. Picatură lichidele sunt incompresibile și au un coeficient scăzut de dilatare volumetrică. Volum elastic lichidele se modifică odată cu schimbările de temperatură și presiune (gaze, vapori). În majoritatea problemelor tehnice, se presupune că gazele sunt ideale. Starea unui gaz ideal este descrisă de ecuația Clapeyron-Mendeleev

,

unde este constanta universală a gazului egală cu 8314 J/(kmol K).

Această ecuație poate fi scrisă pentru a calcula densitatea gazului

Într-o serie de probleme, este necesar să se țină cont și de starea lichidelor. Pentru procesele izoentropice într-un lichid, poate fi utilizată ecuația Theta

,

unde este presiunea interacțiunii moleculare; n– coeficient în funcţie de proprietăţile lichidelor. Pentru apă » 3,2×108 Pa, n» 7.15.

În funcție de temperatură și presiune, o substanță poate fi în trei stări de agregare: solidă, lichidă și gazoasă. În solide, moleculele sunt interconectate, dispuse într-o anumită ordine și efectuează doar mișcare vibrațională termică. Probabilitatea de a părăsi locul ocupat de o moleculă (atom) este mică. Prin urmare, solidele își păstrează forma și volumul dat.

În lichide, mișcarea termică a moleculelor este semnificativ mai mare, unele molecule primesc suficientă energie de excitare și își părăsesc locurile. Prin urmare, într-un lichid, moleculele se mișcă pe întregul volum, dar energia lor cinetică rămâne insuficientă pentru a părăsi lichidul. În acest sens, lichidele își păstrează volumul.

În gaze, mișcarea termică este și mai mare; moleculele sunt atât de îndepărtate încât interacțiunea dintre ele devine insuficientă pentru a le menține la o anumită distanță, adică. gazul are capacitatea de a se extinde la infinit.

Amestecarea liberă a moleculelor în lichide și gaze duce la faptul că acestea își schimbă forma atunci când se aplică o forță arbitrar mică. Acest fenomen se numește fluiditate. Lichidele și gazele iau forma recipientului în care sunt conținute.

Ca rezultat al mișcării haotice a moleculelor dintr-un gaz, acestea suferă ciocniri. Procesul de ciocnire a moleculelor este caracterizat de diametrul efectiv al moleculelor, care este înțeles ca distanța minimă dintre centrele moleculelor atunci când acestea se apropie unul de celălalt. Distanța pe care o parcurge o moleculă între ciocniri se numește calea liberă a moleculei.

Ca urmare a transferului de impuls în timpul tranziției moleculelor care se deplasează în straturi cu viteze diferite, apare o forță tangenţială care acționează între aceste straturi. Proprietatea unui lichid sau gaz de a rezista forțelor de forfecare se numește viscozitate.

Să plasăm placa 1 într-un mediu lichid la o anumită distanță de perete (Fig. 2.1).

Lăsați placa să se miște în raport cu peretele 2 cu viteză w. Deoarece lichidul va fi antrenat de placă, se va stabili un flux de lichid strat cu strat în gol, cu viteze variind de la 0 la w. Să selectăm un strat de grosime în lichid dy. Evident, vitezele suprafețelor inferioare și superioare ale stratului vor diferi ca grosime prin dw. Ca rezultat al mișcării termice, moleculele se deplasează continuu din stratul inferior în stratul superior și înapoi. Deoarece vitezele lor sunt diferite, impulsul lor este, de asemenea, diferit. Dar, deplasându-se de la strat la strat, ele trebuie să preia cantitatea de mișcare caracteristică unui strat dat, adică. Va exista o schimbare continuă a impulsului, care va da naștere la o forță tangenţială între straturi.

Să notăm prin dT forță tangențială care acționează pe suprafața unui strat cu o zonă dF, Apoi

Experiența arată că forța tangențială T, care trebuie aplicat pentru deplasare, cu atât este mai mare cu atât gradientul de viteză este mai mare, care caracterizează modificarea vitezei pe unitatea de distanță de-a lungul normalei dintre straturi. Mai mult, puterea T proporțional cu aria de contact F straturi, adică

În această formă ecuația exprimă Legea frecării interne a lui Newton, Prin care efortul de frecare internă care apare între straturile de lichid pe măsură ce curge este direct proporțional cu gradientul de viteză.

Semnul minus din partea dreaptă a ecuației indică faptul că efortul de forfecare încetinește mișcarea stratului cu o viteză relativ mare.

Coeficientul de proporționalitate din ecuațiile de mai sus se numește coeficient de vâscozitate dinamică.

Dimensiunea SI a coeficientului de vâscozitate dinamică poate fi exprimată ca

Vâscozitatea lichidelor poate fi caracterizată și prin coeficientul de vâscozitate cinematică

Vâscozitatea lichidelor în picături scade odată cu creșterea temperaturii, în timp ce cea a gazelor crește. La presiune moderată, vâscozitatea gazelor nu depinde de presiune, însă, pornind de la o anumită presiune, vâscozitatea crește pe măsură ce crește.

Motivele diferitelor dependențe de temperatură pentru gaze și lichide sunt că vâscozitatea gazelor este de natură cinetică moleculară, în timp ce cea a lichidelor cu picături depinde de forțele de aderență dintre molecule.

Într-o serie de procese tehnologice chimice, o picătură de lichid, atunci când se mișcă, intră în contact cu gaz (sau abur) sau cu un alt lichid picătură care este practic nemiscibil cu primul.

Interacțiunea de forță dintre moleculele care se află pe suprafața unui lichid și moleculele situate departe de acesta nu este aceeași. O moleculă situată pe suprafață este într-o stare de forță simetrică partea superioară a câmpului său de forță este forțată să interacționeze cu moleculele situate sub suprafață. Ca rezultat, energia potențială de legare în stratul de suprafață crește, iar stratul în sine este într-o stare mai solicitată. Acest fenomen se numește tensiune de suprafata.

Energia potențială de legare în stratul de suprafață

Unde s – coeficient de tensiune superficială; dF– este suprafața unui lichid de ordin dl2.

Știm deja că lichidele au un volum fix și iau forma recipientului în care se află. De asemenea, știm că lichidele au densități mult mai mari decât gazele. În general, densitățile lichidelor au valori similare cu densitățile solidelor. Compresibilitatea lichidelor este foarte mică deoarece există foarte puțin spațiu liber între particulele de lichid.

Picătură de apă în cădere liberă. Forma sa sferică se datorează tensiunii superficiale.

Mai avem trei proprietăți importante ale lichidelor de luat în considerare. Toate aceste proprietăți pot fi explicate pe baza conceptelor teoriei cinetice a lichidelor.

Fluiditate și vâscozitate. La fel ca gazele, lichidele pot curge, iar această proprietate se numește fluiditate. Rezistența la curgere se numește vâscozitate. Fluiditatea și vâscozitatea sunt influențate de o serie de factori. Cele mai importante dintre acestea sunt forțele de atracție dintre moleculele lichide, precum și forma, structura și greutatea moleculară relativă a acestor molecule. Fluiditatea unui lichid format din molecule mari este mai mică decât a unui lichid format din molecule mici. Vâscozitatea lichidelor este de aproximativ 100 de ori mai mare decât cea a gazelor.

Tensiune de suprafata. O moleculă situată adânc într-un lichid este acționată uniform asupra forțelor de atracție intermoleculare din toate părțile. Cu toate acestea, la suprafața lichidului aceste forțe sunt dezechilibrate și, ca rezultat, moleculele de suprafață experimentează o forță netă direcționată în lichid. Prin urmare, suprafața lichidului este într-o stare de tensiune pe care se străduiește constant să se contracte. Tensiunea superficială a unui lichid este forța minimă necesară pentru a depăși mișcarea spre interior a particulelor de lichid și, prin urmare, pentru a împiedica contractarea suprafeței lichidului. Existența tensiunii superficiale explică forma sferică a picăturilor lichide care cad liber.

Difuzia. Acesta este numele procesului prin care o substanță este redistribuită dintr-o zonă de concentrație mare sau presiune ridicată într-o zonă de concentrație mai mică sau presiune mai mică. Difuzia în lichide este mult mai lentă decât în ​​gaze, deoarece particulele lichide sunt împachetate mult mai dens decât particulele de gaz. O particulă care se difuzează într-un lichid este supusă unor ciocniri frecvente și, prin urmare, se mișcă cu dificultate. În gaze, există mult spațiu liber între particule și pot fi redistribuite mult mai repede. Difuzia are loc între lichidele reciproc solubile sau miscibile. Nu apare între lichide nemiscibile. Spre deosebire de lichide, toate gazele se amestecă între ele și, prin urmare, se pot difuza unele în altele.

Gazul, lichidul și solidul sunt cele trei stări în care poate exista materia. Aceste stări diferite ale materiei au proprietăți distinctive care sunt caracteristice numai lor.

Exemple de substanțe care sunt în stare gazoasă în anumite condiții includ aerul, vaporii de apă, oxigenul pur, hidrogenul și multe alte substanțe.

Moleculele din gaze sunt departe unele de altele, distanțele dintre molecule sunt de aproximativ zece ori mai mari decât moleculele în sine. Prin urmare, moleculele nu interacționează între ele, iar legăturile intermoleculare nu sunt stabilite. Moleculele se mișcă aleatoriu în toate direcțiile.

Drept urmare, gaz

• nu are formă
• ocupă întregul volum care îi este oferit,
• se comprimă și se extinde cu ușurință.

Dacă umpleți o minge de cauciuc cu aer, aerul își va umple uniform întregul volum, nu se va așeza în partea de jos și nu se va ridica în sus. Se va răspândi pe întreg volumul. Dacă umpleți o minge care este mai mare decât prima cu același volum de aer, atunci aerul din ea va umple tot volumul, dar va fi mai puțin dens. Prin urmare, ne va fi mai ușor să stoarcem a doua minge.

De ce învelișul de aer al Pământului - atmosfera - nu „zboară” în spațiu dacă gazul încearcă să ocupe întregul volum? La urma urmei, nu există bariere între atmosferă și spațiu. Faptul este că Pământul atrage corpuri spre sine, inclusiv atmosfera. Dacă gravitația ar fi slabă, gazul s-ar împrăștia în spațiu. Acesta este cazul, de exemplu, pe Lună. Nu are atmosfera.

Moleculele lichide (de exemplu, apa), spre deosebire de moleculele de gaz, sunt aproape una de alta (s-ar putea spune, aproape) și interacționează unele cu altele. Cu toate acestea, moleculele unui lichid, ca și cele ale unui gaz, se pot mișca liber.

Aceasta determină următoarele proprietăți ale lichidului:

• își păstrează volumul și nu ocupă întregul volum al vasului,
• ia forma recipientului în care se află,
• are fluiditate,
• se comprimă foarte slab.

Spre deosebire de lichide, moleculele din solide sunt cel mai adesea aranjate într-o manieră ordonată. Ei nu își pot schimba aleatoriu poziția. Prin urmare, solidele, spre deosebire de lichide, nu au fluiditate, dar își păstrează forma.

Cu toate acestea, trebuie făcută o avertizare. Acest lucru este valabil pentru solidele a căror structură moleculară este o rețea cristalină. Corpurile amorfe au fluiditate, dar mult mai mică decât cea a lichidelor.

Moleculele sau atomii corpurilor cristaline sunt aranjați unul față de celălalt într-o manieră ordonată. Există o anumită „regulă” prin care fiecare moleculă (sau atom) se conectează cu alte molecule din cristal. Deci moleculele pot fi localizate la vârfurile cuburilor sau hexagoanelor. În corpurile amorfe, moleculele sunt aranjate aleatoriu.