Tiedetään, että kaikki mikä ihmistä ympäröi, mukaan lukien hän itse, on aineista koostuvia ruumiita. Ne puolestaan on rakennettu molekyyleistä, jälkimmäiset atomeista, ja ne ovat vielä pienempiä rakenteita. Ympäröivä monimuotoisuus on kuitenkin niin suurta, että on vaikea kuvitella edes jonkinlaista yhteistä. Ja siellä on. Yhdisteitä on miljoonia, ja jokainen niistä on ainutlaatuinen ominaisuuksiltaan, rakenteeltaan ja rooliltaan. Kaiken kaikkiaan erotetaan useita faasitiloja, joiden mukaan kaikki aineet voidaan korreloida.
Ainetilat
Yhdisteiden kokonaistilalle on neljä vaihtoehtoa.
- Kaasut.
- Kiinteät aineet.
- nesteet.
- Plasma on erittäin harvinaista ionisoitua kaasua.
Tässä artikkelissa tarkastelemme nesteiden ominaisuuksia, niiden rakenteellisia ominaisuuksia ja mahdollisia suorituskykyparametreja.
Nestemäisten kappaleiden luokitus
Tämä jaottelu perustuu nesteiden ominaisuuksiin, niiden rakenteeseen ja kemialliseen rakenteeseen sekä yhdisteen muodostavien hiukkasten välisiin vuorovaikutustyyppeihin.
- Tällaisia nesteitä, jotka koostuvat Van der Waalsin voimien yhdessä pitämistä atomeista. Esimerkkejä ovat nestekaasut (argon, metaani ja muut).
- Aineet, jotka koostuvat kahdesta identtisestä atomista. Esimerkkejä: nesteytetyt kaasut - vety, typpi, happi ja muut.
- Nestemäiset metallit - elohopea.
- Aineet, jotka koostuvat kovalenttisilla polaarisilla sidoksilla kytketyistä alkuaineista. Esimerkkejä: vetykloridi, vetyjodidi, rikkivety ja muut.
- Yhdisteet, joissa on vetysidoksia. Esimerkkejä: vesi, alkoholit, ammoniakki liuoksessa.
On myös erikoisrakenteita - kuten nestekiteitä, ei-newtonilaisia nesteitä, joilla on erityisiä ominaisuuksia.
Otamme huomioon nesteen perusominaisuudet, jotka erottavat sen kaikista muista aggregaatiotiloista. Ensinnäkin nämä ovat niitä, joita kutsutaan yleisesti fyysisiksi.
nesteiden ominaisuudet: muoto ja tilavuus
Kokonaisuudessaan voidaan erottaa noin 15 ominaisuutta, joiden avulla voimme kuvata, mitä kyseiset aineet ovat ja mikä niiden arvo ja ominaisuudet ovat.
Ensimmäiset nesteen fysikaaliset ominaisuudet, jotka tulevat mieleen, kun mainitaan tämä aggregaatiotila, on kyky muuttaa muotoa ja ottaa tietyn tilavuuden. Joten esimerkiksi, jos puhumme nestemäisten aineiden muodosta, on yleisesti hyväksyttyä katsoa, että se puuttuu. Näin ei kuitenkaan ole.
Tunnetun painovoiman vaikutuksesta ainepisarat muuttuvat jonkin verran, joten niiden muoto rikkoutuu ja muuttuu määrittelemättömäksi. Kuitenkin, jos asetat pudotuksen olosuhteisiin, joissa painovoima ei toimitai erittäin rajoitettu, se saa ihanteellisen pallon muodon. Näin ollen, kun annetaan tehtävä: "Nimeä nesteiden ominaisuudet", henkilön, joka pitää itseään hyvin fysiikassa perehtynyt, tulisi mainita tämä tosiasia.
Tilavuuden os alta meidän tulee huomioida kaasujen ja nesteiden yleiset ominaisuudet. Molemmat pystyvät viemään koko tilan, jossa ne ovat, vain aluksen seinämien rajoittamana.
Viskositeetti
Nesteiden fysikaaliset ominaisuudet ovat hyvin erilaisia. Mutta yksi niistä on ainutlaatuinen, kuten viskositeetti. Mikä se on ja miten se määritellään? Tärkeimmät parametrit, joista harkittava arvo riippuu, ovat:
- tangentiaalinen stressi;
- liikkuvan nopeuden gradientti.
Näytettyjen arvojen riippuvuus on lineaarinen. Jos selitämme yksinkertaisemmilla sanoilla, niin viskositeetti, kuten tilavuus, on sellaisia nesteiden ja kaasujen ominaisuuksia, jotka ovat niille yhteisiä ja edellyttävät rajoittamatonta liikettä ulkoisista vaikutusvoimista riippumatta. Eli jos vesi virtaa ulos astiasta, se virtaa edelleen kaiken vaikutuksen alaisena (painovoima, kitka ja muut parametrit).
Tämä eroaa ei-newtonilaisista nesteistä, jotka ovat viskoosiisempia ja voivat jättää taakseen reikiä, jotka täyttyvät ajan myötä.
Mistä tämä indikaattori riippuu?
- Lämpötilasta. Lämpötilan noustessa joidenkin nesteiden viskositeetti kasvaa, kun taas toisten päinvastoin,vähenee. Se riippuu tietystä yhdisteestä ja sen kemiallisesta rakenteesta.
- paineesta. Nousu lisää viskositeettiindeksiä.
- Aineen kemiallisesta koostumuksesta. Viskositeetti muuttuu epäpuhtauksien ja vieraiden komponenttien läsnä ollessa puhtaan aineen näytteessä.
Lämpökapasiteetti
Tämä termi viittaa aineen kykyyn absorboida tietty määrä lämpöä nostaakseen omaa lämpötilaansa yhdellä celsiusasteella. Tälle indikaattorille on olemassa erilaisia liitäntöjä. Joillakin on enemmän, toisilla vähemmän lämpökapasiteettia.
Joten esimerkiksi vesi on erittäin hyvä lämmönvaraaja, minkä ansiosta sitä voidaan käyttää laajasti lämmitysjärjestelmiin, ruoanlaittoon ja muihin tarpeisiin. Yleensä lämpökapasiteettiindeksi on tiukasti yksilöllinen jokaiselle yksittäiselle nesteelle.
Pintajännitys
Usein saatuaan tehtävän: "Nimeä nesteiden ominaisuudet", he muistavat välittömästi pintajännityksen. Loppujen lopuksi lapset esitellään hänelle fysiikan, kemian ja biologian tunneilla. Ja jokainen kohde selittää tämän tärkeän parametrin om alta puoleltaan.
Pintajännityksen klassinen määritelmä on seuraava: se on vaiheraja. Eli silloin, kun neste on täyttänyt tietyn tilavuuden, se rajoittuu ulkopuolelta kaasumaisen väliaineen - ilman, höyryn tai jonkin muun aineen - kanssa. Näin ollen faasien erottuminen tapahtuu kosketuspisteessä.
Samaan aikaan molekyyleillä on taipumus ympäröidä itsensä mahdollisimman monella hiukkasella ja siten ikään kuin johtaapuristamalla nestettä kokonaisuutena. Siksi pinta näyttää venyneen. Sama ominaisuus voi myös selittää nestepisaroiden pallomaisen muodon painovoiman puuttuessa. Loppujen lopuksi juuri tämä muoto on ihanteellinen molekyylin energian kann alta. Esimerkkejä:
- saippuakuplat;
- kiehuvaa vettä;
- nestepisaroita painottomuudessa.
Jotkut hyönteiset ovat sopeutuneet "kävelemään" veden pinnalla juuri pintajännityksen vuoksi. Esimerkkejä: vesikulkijat, vesilinnut, jotkin grubs.
Väri
Nesteillä ja kiinteillä aineilla on yhteisiä ominaisuuksia. Yksi niistä on sujuvuus. Koko ero on, että entiselle se on rajoittamaton. Mikä on tämän parametrin ydin?
Jos kohdistat nestemäiseen kappaleeseen ulkoisen voiman, se hajoaa osiin ja erottaa ne toisistaan, eli se virtaa. Tässä tapauksessa jokainen osa täyttää jälleen astian koko tilavuuden. Kiinteille aineille tämä ominaisuus on rajoitettu ja riippuu ulkoisista olosuhteista.
Ominaisuuksien riippuvuus lämpötilasta
Nämä sisältävät kolme parametria, jotka luonnehtivat tarkastelemiamme aineita:
- ylikuumentua;
- jäähdytys;
- kiehuu.
Sellaiset nesteiden ominaisuudet kuin tulistus ja hypotermia liittyvät suoraan kriittisiin kiehumis- ja jäätymispisteisiin (pisteisiin). Ylikuumentunut neste on neste, joka on ylittänyt kriittisen kuumennuspisteen kynnyksen altistuessaan lämpötilalle, mutta joka ei ole osoittanut ulkoisia kiehumisen merkkejä.
Supercooled, vastaavasti, kutsutaanneste, joka on ylittänyt kriittisen siirtymispisteen kynnyksen toiseen faasiin alhaisten lämpötilojen vaikutuksesta, mutta ei ole muuttunut kiinteäksi.
Sekä ensimmäisessä että toisessa tapauksessa tällaisten ominaisuuksien ilmenemiselle on ehtoja.
- Ei mekaanisia vaikutuksia järjestelmään (liike, tärinä).
- Tasainen lämpötila, ilman äkillisiä hyppyjä ja laskuja.
Mielenkiintoinen tosiasia on, että jos heität vieraan esineen tulistettuun nesteeseen (esimerkiksi veteen), se kiehuu välittömästi. Saat sen kuumentamalla säteilyn vaikutuksen alaisena (mikroa altouunissa).
Rinnakkaiselo aineen muiden vaiheiden kanssa
Tälle parametrille on kaksi vaihtoehtoa.
- Neste - kaasu. Tällaiset järjestelmät ovat yleisimpiä, koska niitä on kaikkialla luonnossa. Loppujen lopuksi veden haihtuminen on osa luonnollista kiertokulkua. Tässä tapauksessa tuloksena oleva höyry esiintyy samanaikaisesti nestemäisen veden kanssa. Jos puhumme suljetusta järjestelmästä, myös siellä tapahtuu haihtumista. Höyry kyllästyy hyvin nopeasti ja koko järjestelmä tulee tasapainoon: neste - kyllästynyt höyry.
- Neste - kiinteät aineet. Erityisesti tällaisissa järjestelmissä on vielä yksi ominaisuus havaittavissa - kostuvuus. Veden ja kiinteän aineen vuorovaikutuksessa jälkimmäinen voi kastua kokonaan, osittain tai jopa hylkiä vettä. On yhdisteitä, jotka liukenevat veteen nopeasti ja käytännössä loputtomasti. Jotkut eivät pysty tähän ollenkaan (jotkut metallit, timantit ja muut).
Yleensä hydroaeromekaniikan tieteenala tutkii nesteiden vuorovaikutusta muissa aggregaatiotilassa olevien yhdisteiden kanssa.
Pakkaus
Nesteen perusominaisuudet olisivat epätäydellisiä, jos emme mainitse kokoonpuristuvuutta. Tietenkin tämä parametri on tyypillisempi kaasujärjestelmille. Tarkastelemamme ne voidaan kuitenkin myös pakata tietyissä olosuhteissa.
Pääasiallinen ero on prosessin nopeus ja sen tasaisuus. Vaikka kaasu voidaan puristaa nopeasti ja matalassa paineessa, nesteet puristuvat epätasaisesti, riittävän pitkään ja erityisesti valituissa olosuhteissa.
Nesteiden haihtuminen ja kondensoituminen
Nämä ovat kaksi muuta nesteen ominaisuutta. Fysiikka antaa heille seuraavat selitykset:
- Haihtuminen on prosessi, joka luonnehtii aineen asteittaista siirtymistä nestemäisestä aggregoituneesta tilasta kiinteään tilaan. Tämä tapahtuu järjestelmän lämpövaikutusten vaikutuksesta. Molekyylit alkavat liikkua ja kidehilaansa muuttaen siirtyvät kaasumaiseen tilaan. Prosessi voi jatkua, kunnes kaikki neste on muuttunut höyryksi (avoimissa järjestelmissä). Tai kunnes tasapaino on saavutettu (suljetuille astioille).
- Kondensoituminen on päinvastainen prosessi kuin yllä kuvattu. Tässä höyry siirtyy nestemäisiksi molekyyleiksi. Tämä tapahtuu, kunnes tasapaino tai täydellinen faasimuutos saavutetaan. Höyry vapauttaa nesteeseen enemmän hiukkasia kuin siihen.
Tyypillisiä esimerkkejä näistä kahdesta prosessista luonnossa ovat veden haihtuminen maailman v altameren pinn alta ja sen kondensoituminenyläilmakehä ja sitten laskeuma.
nesteen mekaaniset ominaisuudet
Nämä ominaisuudet ovat sellaisen tieteen kuin hydromekaniikan tutkimuskohteena. Erityisesti sen osa, neste- ja kaasumekaniikan teoria. Tärkeimmät mekaaniset parametrit, jotka luonnehtivat tarkasteltua aineiden aggregoitumistilaa, ovat:
- tiheys;
- jaa;
- viskositeetti.
Nestemäisen kappaleen tiheyden alla ymmärrä sen massa, joka sisältyy yhteen tilavuusyksikköön. Tämä indikaattori vaihtelee eri yhdisteiden os alta. Tästä indikaattorista on jo laskettuja ja kokeellisesti mitattuja tietoja, jotka syötetään erityisiin taulukoihin.
Ominaispainoksi katsotaan nesteen tilavuusyksikön paino. Tämä indikaattori riippuu suuresti lämpötilasta (kun se nousee, sen paino laskee).
Miksi tutkia nesteiden mekaanisia ominaisuuksia? Tämä tieto on tärkeää luonnossa, ihmiskehon sisällä tapahtuvien prosessien ymmärtämiseksi. Myös luotaessa teknisiä välineitä, erilaisia tuotteita. Nestemäiset aineet ovatkin yksi yleisimmistä aggregaattimuodoista planeetallamme.
Ei-newtonilaiset nesteet ja niiden ominaisuudet
Kaasujen, nesteiden ja kiinteiden aineiden ominaisuudet ovat fysiikan ja joidenkin siihen liittyvien tieteenalojen tutkimuksen kohteena. Perinteisten nestemäisten aineiden lisäksi on kuitenkin myös ns. ei-newtonilaisia, joita myös tämä tiede tutkii. Mitä ne ovat ja miksi he saivatmikä on otsikko?
Ymmärtääksesi, mitä nämä yhdisteet ovat, tässä on yleisimmät kotitalousesimerkit:
- Lasten soittama "Slime";
- "käsikumi" tai purukumi käsille;
- tavallinen rakennusmaali;
- tärkkelyksen vesiliuos jne.
Toisin sanoen nämä ovat nesteitä, joiden viskositeetti noudattaa nopeusgradienttia. Mitä nopeampi isku, sitä korkeampi viskositeettiindeksi. Siksi, kun käsikumi osuu lattiaan terävällä iskulla, se muuttuu täysin kiinteäksi aineeksi, joka voi hajota palasiksi.
Jos jätät sen rauhaan, se leviää muutamassa minuutissa tahmeaksi lätäkköksi. Ei-newtonilaiset nesteet ovat ominaisuuksiltaan varsin ainutlaatuisia aineita, joita on käytetty paitsi teknisiin tarkoituksiin myös kulttuurisiin ja arkillisiin tarkoituksiin.
