1. Kvapalný stav látky a jeho vlastnosti.

2.1 Bernoulliho zákona.

2.2 Pascal zákon.

2.3 Laminárny tok kvapalín.

2.4 Právo poiselu.

2.5 Turbulentné tekutiny.

3.1 Meranie viskozity tekutiny.

3.2 Meranie prietoku objemu a tekutiny

1. Kvapalný stav látky a jeho vlastnosti.

Kvapaliny zaberajú medziprodukt medzi plynnými a pevnými látkami. Pri teplotách v blízkosti teploty varu sa vlastnosti kvapalín približujú k vlastnostiam plynov; Pri teplotách blízke teploty topenia sa vlastnosti kvapalín približujú k vlastnostiam pevných látok. Ak sú tuhé látky charakterizované prísnou statnosťou častíc, množiteľných na diaľku na stovky tisíc interatomických alebo intermolekulárnych polomerov, potom v kvapalnej látke, zvyčajne nie je viac ako niekoľko desiatok objednaných častíc - je vysvetlené Skutočnosť, že usporiadanie medzi časticami na rôznych miestach kvapalnej látky sa tiež vyskytuje tak rýchlo, ako aj opäť "erodované" tepelnými výkyvmi v časticiach. Celková hustota obalu častíc kvapalnej látky sa v rovnakej dobe líši od pevnej látky - preto je ich hustota blízka hustotou pevných látok a stlačiteľnosť je veľmi malá. Napríklad, aby sa znížil objem obsadený kvapalnou vodou, na 1%, je potrebné použiť tlak ~ 200 atm, keďže pre rovnaké zníženie objemu plynov vyžaduje tlak asi 0,01 ATM. V dôsledku toho je stlačiteľnosť kvapalín približne 200: 0,01 \u003d 2000 krát menej stlačiteľnosť plynov.

Treba poznamenať, že tekutiny majú určitý objem a majú tvar nádoby, v ktorom sú; Tieto vlastnosti sú významne bližšie k vlastnostiam pevnej látky ako plynná látka. Väčšia blízkosť kvapalného stavu do pevnej látky sa tiež potvrdzuje údajmi podľa štandardných enthalpies odparovania ΔH ° C a štandardných taviacich enthalpies ΔH ° pl. Štandardná enthalpia odparovania sa nazýva množstvo tepla potrebného na konverziu 1 mol tekutiny do pary v 1 atm (101,3 kPa). Rovnaké množstvo tepla sa prideľuje počas kondenzácie 1 mol pary do kvapaliny v 1 atm. Množstvo tepla spotrebovaného na konverzii 1 mol pevnej látky do kvapaliny v 1 atm sa nazýva štandardná taviaca entalpia (rovnaké množstvo tepla sa uvoľní na "zmrazenie" ("calning") 1 mol kvapaliny v 1 atm) . Je známe, že ΔH ° pl je oveľa menší ako zodpovedajúce hodnoty ΔH °, ktorý je ľahko pochopiteľný, pretože prechod z pevného stavu do kvapaliny je sprevádzaný menším poškodením intermolekulárnej príťažlivosti ako prechod z tekutiny do plynného stavu.

Mnohé ďalšie dôležité vlastnosti kvapalín sa podobá vlastnostiam plynov. Takže, ako plyny tekutiny môžu prúdiť - táto vlastnosť sa nazýva tekutosť. Odolnosť voči prietoku sa stanoví viskozitou. Tesnosť a viskozita ovplyvňujú pevnosť príťažlivosti medzi molekulami tekutiny, ich relatívnou molekulovou hmotnosťou a tiež celok iné faktory. Viskozita kvapalín ~ 100 krát viac ako plyny. Rovnako ako plyny, kvapaliny sú schopné rozptyľovať, hoci oveľa pomalšie, pretože častice kvapaliny sú balené oveľa hustšie ako plynové častice.

Jedným z najdôležitejších vlastností tekutiny je jeho povrchové napätie (táto vlastnosť nie je súčasťou noriem, ani plynových alebo tuhých látok). Intermolekulárne sily pôsobia rovnomerne na molekulu v kvapaline. Avšak, na povrchu kvapaliny, rovnováha týchto síl je rozbitá, a v dôsledku toho sú "povrchové" molekuly sú pod pôsobením určitej účinnej sily zameranej vo vnútri kvapaliny. Z tohto dôvodu sa povrch tekutiny ukáže, že je v stave napätia. Povrchové napätie je minimálna sila, ktorá obmedzuje pohyb častíc kvapaliny do hĺbky kvapaliny a tým drží povrch tekutiny zo zníženia. Je to povrchové napätie, ktoré vysvetľuje "obmedzený" formy voľne padajúcich častíc tekutiny.

Kvôli zachovaniu objemu je kvapalina schopná vytvárať voľný povrch. Takýto povrch je povrch fázovej sekcie táto látka: Na jednej strane je kvapalná fáza, podľa ďalšieho plynného (párov) a prípadne aj iných plynov, napríklad vzduchu. Ak je kvapalina a plynná fáza rovnakej látky kontaktu, vznikajú sily, že sa snažia znížiť povrchovú plochu úseku - sily povrchového napätia. Povrch časti sa správa ako elastická membrána, ktorá sa snaží tlačiť.

Povrchové napätie môže byť vysvetlené príťažlivosťou medzi molekulami tekutiny. Každá molekula priťahuje iné molekuly, snaží sa "obklopovať" samy, čo znamená opustiť povrch. V súlade s tým sa povrch snaží znížiť. Preto, mydlové bubliny a varu bubliny snažia vziať sférickú formu: s týmto objemom má lopta minimálny povrch. Ak sa na tekutinu konajú iba povrchové ťahové sily, bude nevyhnutne mať sférickú formu - napríklad kvapky vody v beztiažnosti.

Malé predmety s hustotou, väčšou hustotou kvapaliny, sú schopné "plávať" na povrchu tekutiny, pretože sila gravitácie je menšia ako sila, ktorá zabraňuje zvýšeniu povrchu.

Zmáčanie - povrchový fenomén, ktorý sa vyskytuje, keď kvapalina s pevným povrchom v prítomnosti páru, to znamená na hraniciach týchto troch fáz. Zmáčanie charakterizuje "držanie" tekutiny na povrch a šíriť sa pozdĺž nej (alebo naopak, odpudzovanie a neprijateľné). Rozlišujú sa tri prípady: neotváracie, obmedzené zmáčanie a úplné zmáčanie.

Zmiešanosť - schopnosť tekutín sa navzájom rozpúšťajú. Príklad zmiešaných kvapalín: voda a etylalkohol, príklad nekomorovanej: voda a kvapalný olej.

Keď sa v nádobe, dve zmiešané kvapaliny molekuly, v dôsledku pohybu tepla, začnú postupne prechádzať povrchom úseku, a teda kvapaliny sa postupne zmiešajú. Tento fenomén sa nazýva difúzia (dochádza aj v látkach nachádzajúcich sa v iných agregovaných štátoch).

Kvapalina môže byť zahrievaná nad bodom varu takým spôsobom, že sa vriaca nevyskytuje. To si vyžaduje jednotné zahrievanie bez výraznej teploty v objeme a bez mechanických vplyvov, ako sú vibrácie. Ak je v prehriatej tekutine niečo hodiť, okamžite sa varí. Vyhrievaná voda sa ľahko dostane do mikrovlnnej rúry.

Supercolezing je chladenie kvapaliny pod bodom mrazu bez toho, aby sa zmenil na tuhý agregátový stav. Pokiaľ ide o prehriatie, je potrebná absencia vibrácií a významných teplotných rozdielov.

Ak posúvame oblasť povrchu kvapaliny z polohy rovnováhy, potom pod pôsobením vratných síl, povrch sa začína pohybovať späť do rovnovážnej polohy. Tento pohyb sa však nezastaví, ale zmení sa na oscillatory pohyb v blízkosti rovnovážnej polohy a vzťahuje sa na iné časti. Takže vlny vznikajú na povrchu kvapaliny.

Ak je návratová sila prevažne gravitácie, potom sa takéto vlny nazývajú gravitačné vlny. Gravitačné vlny na vode možno vidieť všade.

Ak je návratová sila prevažne pevnosť povrchového napätia, potom sa takéto vlny nazývajú kapiláry. Ak sú tieto sily porovnateľné, takéto vlny sa nazývajú kapilárne gravitačné. Vlny na povrchu kvapaliny vyblednutého pod pôsobením viskozity a iných faktorov.

Formálne, pre rovnovážneho koexistencie kvapalnej fázy s inými fázami tej istej látky - plynné alebo kryštalické - potrebujeme striktne definované podmienky. Takže, pri tomto tlaku, je potrebná prísne definovaná teplota. Avšak, v prírode a v technike, tekutín koexistuje s trajektom, alebo tiež s tuhou agregovaný štát - Napríklad voda s vodnou parou a často s ľadom (ak ste považovali paru do samostatnej fázy, ktorá je prítomná spolu s vzduchom). Toto je vysvetlené nasledujúcimi dôvodmi.

Nebolibrium State. Ak chcete odpariť tekutinu, potrebujete čas, kým sa tekutina úplne odparuje, koexistuje s parou. V prírode sa neustále vyskytuje odparovanie vody, ako aj reverzný proces - kondenzácia.

Uzavretý objem. Kvapalina v uzavretej nádobe začína odpariť, ale pretože objem je obmedzený, tlak sa zvyšuje tlak pary, stáva sa nasýteným aj na úplné odparovanie tekutiny, ak je jeho množstvo dostatočne veľké. Keď sa dosiahne stav nasýtenia, množstvo evapoable kvapaliny sa rovná množstvu kondenzovanej tekutiny, systém prichádza do rovnováhy. Tak, podmienky potrebné pre rovnovážne koexistenciu tekutiny a pary môžu byť stanovené v obmedzenom objeme.

Prítomnosť atmosféry v podmienkach zemná gravitácia. Tekutina je atmosférický tlak (vzduch a para), zatiaľ čo pre pár by sa mal brať do úvahy takmer len jeho čiastočný tlak. Preto kvapaliny a pár nad jeho povrchom zodpovedajú rôznym bodom na fázovom diagrame, v oblasti existencie kvapalnej fázy a v oblasti plynnej existencie. Toto nezruší odparovanie, ale čas potrebujete čas, počas ktorého oba fázy koexistovali. Bez toho by sa kvapalné podmienky varili a odparili veľmi rýchlo.

2.1 Bernoulli zákon - Je to dôsledok zákona o ochrane energie pre stacionárny tok ideálneho (to znamená, že bez vnútorného trenia) nestlačiteľnej tekutiny:

- Hustota kvapaliny - prietok, je výška, na ktorej sa zvažuje tekutina prvok, \\ t

Na rozdiel od plynov medzi kvapalnými molekulami sú dosť veľké sily vzájomnej príťažlivosti, ktorá určuje zvláštny charakter molekulárneho pohybu. Tepelný pohyb molekuly tekutiny zahŕňa oscillatory a translačný pohyb. Každá molekula nejakú dobu váhajú o určitom mieste rovnováhy, potom sa pohybuje a opäť zaberá novú rovnovážnu pozíciu. To určuje jeho obrat. Sily intermolekulárnej príťažlivosti nedávajú molekuly, keď sa presunú ďaleko od seba. Celkový účinok príťažlivosti molekúl môže byť reprezentovaný ako vnútorný tlak kvapalín, ktorý dosahuje veľmi veľké hodnoty. To vysvetľuje konzistenciu objemu a praktickej netrchopnosti kvapalín, hoci ľahko berú akúkoľvek formu.

Vlastnosti kvapalín tiež závisia od objemu molekúl, formy a polarity z nich. Ak sú molekuly tekutiny polárne, potom sa združenie (združenie) dvoch alebo viacerých molekúl vyskytuje v komplexnom komplexe. Takéto kvapaliny sa nazývajú príslušného kvapaliny. Súvisiace kvapaliny (voda, acetón, alkoholy) majú vyššie body varu, majú menšiu volatilitu, vyššiu dielektrickú konštantu. Napríklad etylalkohol a dimetyléter majú rovnaký molekulový vzorec (z 2 H6O). Alkohol je asociovaná kvapalina a varí pri vyššej teplote ako dimetyléter, ktorý sa týka netlačených tekutín.

Kvapalné stav charakterizuje také fyzikálne vlastnosti ako hustota, viskozita, povrchové napätie.

Povrchové napätie.

Stav molekúl v povrchovej vrstve sa významne líši od stavu molekúl v hĺbke tekutiny. Zvážte jednoduchý prípad - kvapalina - para (obr. 2).

Obr. 2.

Na obr. 2 molekula (A) sa nachádza vo vnútri kvapaliny, molekuly (B) - v povrchovej vrstve. Rozsahmi okolo nich sú vzdialenosti, na ktoré sú distribuované sily intermolekulárnej príťažlivosti okolitých molekúl.

Na molekule (A) sú rovnomerne ovplyvnené intermolekulárne sily na strane okolitých molekúl, takže sily intermolekulovej interakcie sú kompenzované, čo je rovné nule (f \u003d 0).

Hustota pary je významne nižšia ako hustota tekutiny, pretože molekuly sa od seba odstránia na dlhé vzdialenosti. Preto molekuly v povrchovej vrstve takmer nezažívajú sily príťažlivosti z týchto molekúl. Rovnosť všetkých týchto síl bude smerovaná do kvapaliny kolmo na jeho povrch. Molekuly povrchu tekutín teda sú vždy pod činnosťou sily, ktoré sa snažia čerpať smerom dovnútra a tým, aby sa znížil povrch tekutiny.

Ak chcete zvýšiť povrch kvapaliny, je potrebné stráviť prácu A (J). Práca potrebná na zvýšenie povrchu úseku S je 1 m 2, je mierou povrchovej energie alebo povrchové napätie.

Povrchové napätie D (j / m2 \u003d nm / m2 \u003d N / m) je teda výsledkom nekompenzácie intermolekulárnych síl v povrchovej vrstve:

d \u003d F / S (F - Povrchová energia) (2.3)

Existuje veľký počet metód definovania povrchového napätia. Najbežnejšia stalagmometrická metóda (metóda počítania účtu) a metóda najväčšieho tlaku plynových bublín.

Používanie röntgenových metód Štrukturálna analýza Zistilo sa, že v tekutinách je nejaká poriadok priestorového usporiadania molekúl v samostatnom mikrovipose. V blízkosti každej molekuly sa nachádza takzvaná susedná objednávka. Pri odstraňovaní na určitú vzdialenosť je tento vzor zlomený. A v celom objeme tekutiny nie je v mieste umiestnenia častíc žiadna objednávka.

Obr. 3.

Viskozita H (pa · s) - majetok na odolávanie pohybu jednej časti tekutiny je relatívne odlišné. V praktickom živote človek čelí veľkému množstvu tekutých systémov, ktorých viskozita je odlišná, - voda, mlieko, rastlinné oleje, kyslá smotana, med, šťavy, sophie atď.

Viskozita kvapalín je spôsobená intermolekulovým účinkom obmedzujúcim mobilitu molekúl. Záleží na povahe tekutiny, teploty, tlaku.

Na meranie viskozity sa spotrebiče nazývajú viskozirátory. Výber viskozimetra a spôsob stanovenia viskozity závisí od stavu podľa študijného systému a jeho koncentráciou.

Pre kvapaliny s nízkou viskozitou alebo malou koncentráciou sa široko používajú viskozitujúce typu kapilár.

Molekuly hmoty v tekutom stave sú umiestnené takmer blízko seba. Na rozdiel od pevných kryštalických telies, v ktorých molekuly formou usporiadaných konštrukcií v celom objeme kryštálov a môžu vykonávať tepelné oscilácie v blízkosti pevných centier, molekuly tekutín majú väčšiu slobodu. Každá molekula kvapaliny, ako aj v pevnej, "svorke" zo všetkých strán susednými molekulami a vykonáva tepelné oscilácie okolo rovnovážnej polohy. Z času na čas sa však môže niektorá molekula presunúť na ďalšie voľné miesto. Takéto skoky v tekutinách sa vyskytujú pomerne často; Preto molekuly nie sú viazané na určité centrá, a to v kryštáloch, a môžu sa pohybovať v objeme tekutiny. To vysvetľuje tekutosť kvapalín. Vzhľadom na silnú interakciu medzi úzko umiestnenými molekulami môžu tvoriť lokálne (nestabilné) objednané skupiny obsahujúce niekoľko molekúl. Tento fenomén sa nazýva stredný postup (Obr. 1).

Obr. 2 znázorňuje rozdiel medzi plynnou látkou z tekutiny na príklad vody. Molekula vody H2O sa skladá z jedného atómu kyslíka a dvoch atómov vodíka umiestnených v uhle 104 °. Priemerná vzdialenosť medzi molekulami pary je desaťkrát viac ako priemerná vzdialenosť medzi molekulami vody. Na rozdiel od obr. 1, kde sú molekuly vody znázornené vo forme guličiek, ryže. 2 dáva predstavu o štruktúre molekuly vody.

Kvôli hustým balením molekúl, stlačiteľnosť kvapalín, to znamená, že zmena objemu, keď sa zmeny tlaku, veľmi malé; Je desať a stovky tisícok krát menej ako v plynoch. Kvapaliny, ako sú pevné telesá, zmeňte ich hlasitosť, keď sa teplota zmení. Tepelná rozťažnosť vody má zaujímavú anomáliu pre život na Zemi. Pri teplotách pod 4 ° C vody sa rozširuje, keď sa teplota zníži. Maximálna hustota ρ B \u003d 10 3 kg / m3 voda má pri teplote 4 ° C. Pri zmrazení sa voda rozširuje, takže ľad zostáva plávať na povrchu mraziacej nádrže. Teplota mrazovej vody pod ľadom je 0 ° C. V hustejších vrstvách vody v spodnej časti zásobníka sa teplota vydáva asi 4 ° C. To môže existovať vo vode mraziacich vodných útvarov. Najzaujímavejšou rien kvapalín je prítomnosť voľný povrch. Kvapalina, na rozdiel od plynov, nevyplní celý objem plavidla, v ktorom je nanitída. Medzi kvapalinou a plynom (alebo trajektom) je vytvorená hranica oddielu, ktorá je za zvláštnych podmienok v porovnaní so zvyškom tekutiny. Molekuly v pohraničnej vrstve tekutiny, na rozdiel od molekúl vo svojej hĺbke, sú obklopené inými molekulami tej istej tekutiny nie zo všetkých strán. Sily intermolekúlárnej interakcie, pôsobiace na jednej z molekúl vo vnútri kvapaliny zo susedných molekúl, sú v priemere vzájomne kompenzované. Akákoľvek molekula v okrajovej vrstve je priťahovaná molekulami vo vnútri kvapaliny (silkami pôsobiacimi na túto molekulu tekutiny na strane molekúl plynu (alebo pary)). V dôsledku toho existuje určitá reléová sila, smerová tekutina hlboká do tekutiny. Koeficient σ sa nazýva koeficient povrchové napätie (σ\u003e 0). Tak, koeficient povrchu prácapotrebné zvýšiť povrchovú plochu kvapaliny pri konštantnej teplote na jednotku. V koeficiente SI sa meria joules na meter štvorcový (J / m 2) alebo v newton pre meter(1 n / m \u003d 1 j / m 2). Preto molekuly povrchovej vrstvy tekutiny majú nadbytok v porovnaní s molekulami vo vnútri kvapaliny potenciálna energia. Potenciálna energia EP tekutého povrchu je úmerná svojej oblasti:

E p \u003d externé \u003d σs.

Z mechanikov je známy, že rovnovážny stav systému zodpovedá minimálnej hodnote jeho potenciálnej energie. Z toho vyplýva, že voľný povrch tekutiny sa snaží znížiť svoju oblasť. Z tohto dôvodu má voľná kvapka tekutiny sférický tvar. Tekutina sa správa ako keby pre dotyčnicu jeho povrchu boli sily, ktoré znižujú (utiahnutie) tohto povrchu. Tieto sily sa nazývajú sily povrchového napätia. Prítomnosť síl povrchového napätia robí povrch kvapaliny podobný elastickej pretiahnutej fólii, s jediným rozdielom, že elastická sila vo fólii závisí od jeho plochy (to znamená, že film je deformovaný) a povrchové napätie nezávisia Z povrchu povrchu kvapaliny. Niektoré tekutiny, ako je mydlo voda, majú schopnosť tvoriť tenké filmy. Všetky známe mydlové bubliny majú správny sférický tvar - to tiež ukazuje účinok povrchových ťahov. Ak sa rozpadne rám drôtu v roztoku mydla, jedna zo strán sa pohybuje, potom pretiahne kvapalný film (obr. 3).

Povrchové napínacie sily sa snažia znížiť povrch filmu. Na rovnováhu pohyblivú stránku rámu je potrebné použiť vonkajšiu silu $ (VEC (F)) _ (externé) \u003d - VEC (F) _ (H)) $. Ak sa pod pôsobením sily $ (VEC (F)) _ (externé) $ crossbar presunúť Δx, potom sa bude vykonávať operácia AA External \u003d F, kde Δs \u003d 2LAx je prírastkom plochy povrchu Obe strany mydla. Od modulov síl $ (VEC (F)) _ (externé) $ a $ ((f) _ (h)) $ sú rovnaké, môžete napísať:

$$ (f) _ (h) delta x \u003d sigma 2l delta x: alebo \\ t.sma \u003d frac ((f) _ (h)) (2L) $$

V blízkosti hraníc medzi kvapalinou, pevným a plynom, tvar voľného povrchu tekutiny závisí od silách interakcie molekúl tekutiny s tuhými molekulami (interakcia s molekulami plynu (alebo parou)). Ak sú tieto sily viac interakcie pre molekuly tekutiny, kvapalina premáva povrch pevnej látky. V tomto prípade sa kvapalina približuje k povrchu pevnej látky pod nejakým ostrým uhlom θ, ktorý je charakteristický pre daný pár kvapaliny - tuhej látky. Uhol θ sa nazýva uhol okraja. Ak interakčné sily medzi molekulami tekutiny presahujú silné látky ich interakcie s tuhou molekulami, \\ t regionálny kútik θ sa ukáže, že je hlúpy (obr. 4). V tomto prípade hovoria, že tekutina nie je mokrý Povrch pevnej látky. Pre kompletné zmáčanieθ \u003d 0, kedy plné non-vagón θ \u003d 180 °.

Kapilárne javy Horolezectvo alebo zníženie kvapaliny v trubkách s malými priemermi - kapiláry. Zmáčacie tekutiny vzostup v kapilár, ktoré sú spustené - vynechanie. Na obr. 5 znázorňuje kapilárnu trubicu určitého polomer R, znížená spodným koncom do zmáčacej kvapaliny hustoty ρ. Horný koniec kapiláry je otvorený. Zdvíhanie kvapaliny v kapiláry pokračuje, kým sa sila gravitácie pôsobiaceho na kvapalnú kolónu v kapiláry nebudú rovná modulu ako výsledok povrchu povrchového napätia pôsobiaceho pozdĺž hranice kontaktu kvapaliny S povrchom kapiláry: ft \u003d f n, kde ft \u003d mg \u003d ρhπr2g, f h \u003d σ2πr cos θ. To znamená:

$$ h \u003d frac (2 SIGMA COS THEA) (RHO GR) $$

S plným zmáčaním θ \u003d 0, cos θ \u003d 1. V tomto prípade

$$ h \u003d frac (2 SIGMA) (RHO GR) $$

S plnou non-krídlom, θ \u003d 180 °, cos θ \u003d -1, a preto< 0. Уровень несмачивающей жидкости в капилляре опускается ниже уровня жидкости в сосуде, в которую опущен капилляр. Вода практически полностью смачивает чистую поверхность стекла. Наоборот, ртуть полностью не смачивает стеклянную поверхность. Поэтому уровень ртути в стеклянном капилляре опускается ниже уровня в сосуде.

Odpovedz na otázku:

1. Prečo má kvapalina zámerom výnosu?

2. Ako závisí tepelná rozťažnosť tekutiny na teplotu?

3. Vzhľadom na to, čo vzniknú povrchové napínacie sily?

4. Prečo dážď kvapky majú tvar lopty?

5. Aký je kapilárny fenomén?

6. Prečo je tekutina stúpa do kapiláry?

7. Keď tekutina stúpa do kapiláry a kedy je vynechané?

Kvapaliny Nazývané látky, ktoré sú v tekutom agregátnom stave za normálnych podmienok. Za externé príznaky Tento stav sa vyznačuje prítomnosťou konštantného objemu pre túto časť tekutiny, tekutosti, schopnosť postupného odparu. Natívny tvar tekutiny je guľôčka (kvapka), ktorá tvorí tekutinu pod pôsobením pevnosti povrchového napätia. To je možné v neprítomnosti gravitácie. Kvapky sú vytvorené ako Častý pád Kvapalina a priestor kozmická loďZa podmienok beztiažstva môže tvar lopty mať značné množstvo tekutiny. V pokojnom stave sa kvapalina šíri povrch alebo napĺňa objem akejkoľvek nádoby. Medzi anorganickými látkami na kvapaliny patrí voda, bróm, ortuť, niekoľko stabilných bezvodých kyselín (síra, fluorid a atď.). Veľmi mnohé kvapaliny medzi organickými zlúčeninami: uhľovodíky, alkoholy, kyseliny atď. V takmer všetkých homologických radoch organických zlúčenín sú tekutiny. Pri ochladení do kvapalného stavu sa plyny prenášajú a počas zahrievania - kovy, stabilné soli, oxidy kovov.

Kvapaliny môžu byť klasifikované povahou zložiek ich častíc na atómových (skvapalnených šľachtických plynoch), molekulárne (najbabenejších kvapalín), kovových (roztavených kovov), iónové (roztavené soli, oxidy kovov). Okrem jednotlivých látok sú v tekutom stave zmesí kvapalín a roztokov širokej škály látok v tekutinách. Najviac praktická hodnota Medzi kvapalinami je voda, ktorá je určená jeho jedinečnou úlohou ako biologického rozpúšťadla. V chémii a aplikovaných oblastiach tekutiny spolu s plynmi sú najdôležitejšie ako prostredie na vykonávanie všetkých možných procesov transformácie látok. Kvapaliny sa tiež používajú na prenos tepla cez rúrky, v hydraulických zariadeniach - ako pracovná tekutina, ako mazanie pohyblivých strojov.

V kvapalnom stave látky častíc sa nachádza pri vzdialenostiach blízko k súčtu ich vizuálneho polomeru. Potenciálna energia molekúl sa stáva negatívnou vo vzťahu k ich energii v plyne. Prekonať ho počas prechodu na plynný stav, sú potrebné molekuly kinetická energiapribližne rovnaká potenciálna energia. Preto je látka v tekutom stave v takomto teplotnom rozsahu, v ktorom je priemerná kinetická energia približne rovnaká ako potenciálna energia interakcie alebo pod ňou, ale nespadá na nulu.

kde e - základňa prírodné logarithov; R - Univerzálna konštanta plynu; ANC-Molárne teplo odparovania kvapaliny; L - Trvalé v závislosti od vlastností tekutiny.

Analýza rovnice ukazuje, že tlak kvapaliny sa rýchlo zvyšuje zvýšením teploty, pretože teplota je v denominátore stupňa negatívneho indikátora. Rovnica (7.13) je pomerne presne splnená za predpokladu, že teplota je významne nižšia ako kritická teplota pary tejto látky.

Keď teplota dosiahne teplotu, pri ktorej sa tlak kvapaliny stane rovným atmosférickým tlakom, kvapaliny sa varí. Rozumie sa, že vzduch sa nachádza nad povrchom kvapaliny. Ak ste uzavreli tekutinu do uzavretej nádoby, napríklad vo valci, s piestom, ktorý vytvára tlak rovný atmosférickým (101,3 kPa), potom, keď sa tekutina zahrieva na teplotu varu pary nad kvapalinou,

Medzi molekuly plynu a kvapalín, existujú rýchlejšie aj pomalšie molekuly vzhľadom na priemernú rýchlosť ich pohybu. Rýchle molekuly prekonali príťažlivosť a prepínanie do plynnej fázy v prítomnosti voľného objemu. Pri odparení v dôsledku straty rýchlejších molekúl sa kvapalina ochladí. Nad povrchom kvapaliny v uzavretom objeme je nastavený na určitý tlak svojej para, v závislosti od povahy kvapaliny a na teplotu. Závislosť je vyjadrená exponenciálnou rovnicou. Keď je teplota varu prekročená, objaví sa para, t.j. Plynová fáza a piest sa začne zvyšovať ako prívod tepla a zvyšuje objem pary (obr. 7.4).

Obr. 7.4.

Tekutiny varu pri teplotách pod bodom varu vody sa zvyčajne nazývajú prchavé. Z otvoreného plavidla rýchlo zmiznú. Pri teplote varu 20-22 ° C sa látka skutočne ukáže, že je medzi prchavým kvapalinovým a ľahko skvapalneným plynom. Príkladmi takýchto látok sú acetaldehyd CH3 SNO (KIP \u003d 21 ° C) a HF Fluoroporod (KIP \u003d 19,4 ° C).

Takmer dôležitý fyzicka charakteristika Kvapaliny, s výnimkou teploty varu, sú zmrazenie, farba, hustota, koeficient viskozity, index lomu. Pre homogénne médium, aké sú tekutiny, index lomu sa ľahko meraje a slúži na identifikáciu tekutiny. Niektoré konštanty kvapalín sú uvedené v tabuľke. 7.3.

Rovnováha medzi kvapalinou, pevnými a plynnými fázami tejto látky je znázornená ako stavové diagramy. Na obr. 7.5 Zobrazuje diagram stavu vody. Stavový diagram je graf, na ktorom závisí tlak nasýtená para na teplotu pre tekutú vodu a ľad (krivky Oa a S) a závislosť teploty topenia vody z tlaku (krivka OS). Prítomnosť malého tlaku pary cez ľad (krivka S) To znamená, že ľad sa môže odpariť (sublimovaný), ak je tlak vody vo vzduchu menší ako rovnovážny tlak na ľade. Bodkovaný Oa Vľavo od bodu o zodpovedá tlaku pary nad vodou superchopory. Tento tlak presahuje tlak pary cez ľad pri rovnakej teplote. Preto je podchladená voda nestabilná a môže sa spontánne premeniť na ľad. Niekedy v chladnom počasí je fenomén dažďového padania, kvapky, ktoré sa zmenia na ľad, keď zasiahne pevný povrch. Na povrchu je ľadová kôra. Treba poznamenať, že iné kvapaliny môžu byť v nestabilnom stave.

Niektoré prakticky dôležité tekutiny

názov		Hustota P, G / cm3 (20 ° С)	Refrakčný faktor a (20 ° C,
Fluoropod
Kyselina sírová	h2. SO 4.
Mizerný
Octová kyselina
Glycerol
Chlorid uhlík
Chloroform
Nitrobenzén	c g II 5 Č.

Obr. 75.

Krivky rozdeľujú graf na troch poliach - voda, ľad a para. Každý bod na diagrame znamená špecifický stavový stav. Body vnútri polí zodpovedajú existencii vody len v jednej z troch fáz. Napríklad pri 60 ° C a tlak 50 k11A voda existuje len v tekutickom stave. Dots ležiace na krivkách Oa, ov a OS, zodpovedá rovnováhe medzi oboma fázami. Napríklad pri teplotách a tlakoch pozdĺž krivky Oa V rovnováhe sú voda a para. Bod priesečníka troch kriviek so súradnicami 0,61 kPa a 0,01 ° C zodpovedá rovnováhe medzi tromi fázami vody - ľad, kvapalnú vodu a jeho trajektom. Toto je tzv. trojitý vodný bod. Zadaná teplota je 0,01 ° C vyššia ako normálna teplota zamrznutia vody 0 ° C, vzťahujúce sa k tlaku 101,3 kPa. Z toho z toho vyplýva, že so zvýšením vonkajšieho tlaku sa teplota zamrznutia vody znižuje. Dajte nám ďalší bod: pri tlaku 615 atm (6,23-10 4 kPa), teplota zamrznutia vody klesne na -5 ° C.

Schopnosťou sa navzájom miešajú, kvapaliny sa prudko líšia z plynov. V kvapalinách, na rozdiel od plynov, dôležitá úloha Hrá intermolekulárna interakcia. Preto sa v akýchkoľvek vzťahoch zmiešajú len také tekutiny, ktoré sú dosť blízko energie intermolekulárnej interakcie. Napríklad medzi molekulami vody nielen konájte len vaidevali sily, ale tiež tvorené vodíkové väzby. Preto sa zmieša s vodou. Voda nie je zmiešaná, ale môže jedným alebo iným spôsobom, t.j. obmedzenýrozpustiť. Alkoholy s radikálmi pozostávajúcimi zo štyroch alebo viacerých atómov uhlíka sú teda obmedzené rozpustné vo vode, pretože radikály, sa otáčajú medzi molekulami vody, zasahujú do tvorby vodíkových väzieb a vytlačená z objemu vody.

Vnútorná konštrukcia kvapalín je charakterizovaná relatívne voľným vzájomným pohybom molekúl a výskyt konštrukcie, ktorá sa rozbieha kvapalinu s pevným stavom. To opísal vyššie, že v kryštáloch v usporiadaných atómov, dochádza k rozptylu röntgenového žiarenia. Maxima intenzity disperzie sa vyskytuje v určitých uhloch pádu počiatočného lúča na rovine vytvorené atómami vo vnútri kryštálu. V tekutinách sa vyskytne rozptyl röntgenového žiarenia. S malým uhlom pádu, zodpovedajúceho rozptylu na blízkych atómoch, nastane maximum, čo znamená prítomnosť objednania v najbližšom prostredí atómu. Ale s nárastom uhla pádu, Maxima rýchlo vybledne, čo znamená absenciu prirodzenej polohy pre vzdialené atómy. Môžeme teda povedať o tekutine, že sa nachádzajú v nich stredný poriadok s neprítomnosťou Ďaleko.

Pri štúdiu rôznych fyzikálnych vlastností sa deteguje kvapalná štruktúra. Je známe, napríklad, že voda pri ochladení do 4 ° C je zhutnená a s ďalším ochladzovaním sa opäť rozširuje. Je to spôsobené vytvorením viac otvorenejšej štruktúry, ktorá zodpovedá žiareniu vodíkových väzieb medzi molekulami. Po zmrazení sa tieto väzby nakoniec stabilizujú, čo by sa malo znížiť z poklesu hustoty ľadu.

· EULER Rovnica · Navirač rovnice - Stokes · Difúzna rovnica · Dungal zákon

Látka v tekutom stave má spravidla iba jednu modifikáciu. (Najdôležitejšie výnimky sú kvantové tekutiny a kvapalné kryštály.) Preto je vo väčšine prípadov kvapalina nielen agregovaný stav, ale aj termodynamická fáza (kvapalná fáza).

Všetky tekutiny sú prispôsobené na čisté kvapaliny a zmesi. Niektoré zmesi kvapalín majú veľký význam Pre život: krv, morská voda a iné kvapaliny môžu vykonávať funkciu rozpúšťadla.

Fyzikálne vlastnosti kvapalín

• Tekutosť

Hlavným vlastnosťou tekutín je plynulosť. Ak existuje vonkajšia sila na plochu kvapaliny v rovnováhe, potom prúdenie tekutých častíc v smere, v ktorom sa táto sila aplikuje, je: tekuté toky. Tak, v pôsobení nevyvážených vonkajších síl, kvapalina nezachováva formu a relatívne umiestnenie častí, a preto má tvar nádoby, v ktorom sa nachádza.

Na rozdiel od plastových pevných telies, tekutina nemá silu výťažok: postačuje na pripojenie ľubovoľne malú silu tak, aby tekutina prúdi.

• Objem

Jeden z charakteristické vlastnosti Tekutina je, že má určitý objem (s nezmenenými vonkajšími podmienkami). Kvapalina je mimoriadne ťažké vytlačiť mechanicky, pretože na rozdiel od plynu je medzi molekulami veľmi malý voľný priestor. Tlak vyrobený na kvapaline uzatvorenej v nádobe sa prenáša voči každému bodu objemu tejto kvapaliny (Pascal's Law, tiež pre plyny). Táto funkcia spolu s veľmi nízkou stlačiteľnosťou sa používa v hydraulických strojoch.

Kvapaliny zvyčajne zvyšujú hlasitosť (rozbaliť) pri zahrievaní a zníženom objeme (komprimujú) pri chladení. Existujú však tiež výnimky, napríklad voda sa lisuje, keď sa zahrieva, za normálneho tlaku a teploty od 0 ° C do asi 4 ° C.

• Viskozita

Okrem toho sú kvapaliny (ako aj plyny) charakterizované viskozitou. Je definovaná ako schopnosť odolávať pohybu jednej z časti v porovnaní s ostatnými - to je ako vnútorné trenie.

Keď sa priľahlé vrstvy tekutiny pohybujú voči sebe navzájom, molekuly sa nevzťahujú nevyhnutne na to, že v dôsledku tepelného pohybu. Existujú sily na brzdný stav. Zároveň sa kinetická energia riadneho pohybu pohybuje na tepelnú - energiu chaotického pohybu molekúl.

Kvapalina v nádobe, ktorá sa pohybuje a poskytuje sama sám, sa postupne zastaví, ale jeho teplota sa zvýši.

• Tvorba voľného povrchu a povrchového napätia

Kvôli zachovaniu objemu je kvapalina schopná vytvárať voľný povrch. Takýto povrch je povrchom fáz fázy tejto látky: na jednej strane je kvapalná fáza, na druhej - plynné (páry), a prípadne aj iné plyny, napríklad vzduch.

Ak je kvapalina a plynná fáza rovnakej látky kontaktu, vznikajú sily, že sa snažia znížiť povrchovú plochu úseku - sily povrchového napätia. Povrch časti sa správa ako elastická membrána, ktorá sa snaží tlačiť.

Povrchové napätie môže byť vysvetlené príťažlivosťou medzi molekulami tekutiny. Každá molekula priťahuje iné molekuly, snaží sa "obklopovať" samy, čo znamená opustiť povrch. V súlade s tým sa povrch snaží znížiť.

Preto, mydlové bubliny a varu bubliny snažia vziať sférickú formu: s týmto objemom má lopta minimálny povrch. Ak sa na tekutinu konajú iba povrchové ťahové sily, bude nevyhnutne mať sférickú formu - napríklad kvapky vody v beztiažnosti.

Malé predmety s hustotou, väčšou hustotou kvapaliny, sú schopné "plávať" na povrchu tekutiny, pretože sila gravitácie je menšia ako sila, ktorá zabraňuje zvýšeniu povrchu. (Pozri povrchové napätie.)

• Odparovanie a kondenzácia

• Difúzia

Keď sa v nádobe, dve zmiešané kvapaliny molekuly, v dôsledku pohybu tepla, začnú postupne prechádzať povrchom úseku, a teda kvapaliny sa postupne zmiešajú. Tento fenomén sa nazýva difúzia (dochádza aj v látkach nachádzajúcich sa v iných agregovaných štátoch).

• Prehriatie a supercolezing

Kvapalina môže byť zahrievaná nad bodom varu takým spôsobom, že sa vriaca nevyskytuje. To si vyžaduje jednotné zahrievanie bez výraznej teploty v objeme a bez mechanických vplyvov, ako sú vibrácie. Ak je v prehriatej tekutine niečo hodiť, okamžite sa varí. Vyhrievaná voda sa ľahko dostane do mikrovlnnej rúry.

Supercolezing je chladenie kvapaliny pod bodom mrazu bez toho, aby sa zmenil na tuhý agregátový stav. Pokiaľ ide o prehriatie, je potrebná absencia vibrácií a významných teplotných rozdielov.

• Vlny hustoty

Hoci kvapalina je mimoriadne ťažké komprimovať, napriek tomu, keď sa tlak zmení, jeho objem a hustota sa stále menia. Toto sa nestane okamžite; Takže, ak je jeden graf stlačený, potom sa takáto kompresia prenáša do ostatných častí. To znamená, že elastické vlny sú schopné vo vnútri kvapaliny, konkrétnejšie vlny hustoty. Ďalšie zmeny s hustotou fyzické množstvá, Napríklad teplota.

Ak počas šírenia vlny sa hustota zmení dostatočne mierne, taká vlna sa nazýva zvuková vlna alebo zvuk.

Ak hustota sa dostatočne zmení, potom sa takáto vlna nazývajúca vlnu. Šoková vlna je opísaná v iných rovniciach.

Vlny hustoty v kvapaline sú pozdĺžne, to znamená, že hustota sa mení pozdĺž smeru šírenia vlny. Priečny elastické vlny v kvapaline chýbajú v dôsledku zlyhania formulára.

Elastické vlny v tekutinách sú naplnené časom, ich energia sa postupne pohybuje termálna energia. Príčiny zoslabenia - viskozita, "klasická absorpcia", molekulárna relaxácia a ďalšie. V tomto prípade sa tzv. Druhá alebo objemová viskozita - vnútorné trenie pri zmene hustoty. Šoková vlna v dôsledku zoslabenia po chvíli ide do zvuku.

Elastické vlny v kvapaline sú tiež vystavené rozptylu o heterogénnosti vyplývajúcich z chaotického tepelného pohybu molekúl.

• Vlny na povrchu

Ak posúvame oblasť povrchu kvapaliny z polohy rovnováhy, potom pod pôsobením vratných síl, povrch sa začína pohybovať späť do rovnovážnej polohy. Tento pohyb sa však nezastaví, ale zmení sa na oscillatory pohyb v blízkosti rovnovážnej polohy a vzťahuje sa na iné časti. Takže vlny vznikajú na povrchu kvapaliny.

Ak je vracajúca sila prevažne gravitáciu, potom sa takéto vlny nazývajú gravitačné vlny (nesmú byť zmätené s gravitačnými vlnami). Gravitačné vlny na vode možno vidieť všade.

Ak je návratová sila prevažne pevnosť povrchového napätia, potom sa takéto vlny nazývajú kapiláry.

Ak sú tieto sily porovnateľné, takéto vlny sa nazývajú kapilárne gravitačné.

Vlny na povrchu kvapaliny sú platné pri pôsobení viskozity a iných faktorov.

• Koexistencia s inými fázami

Formálne, pre rovnovážneho koexistencie kvapalnej fázy s inými fázami tej istej látky - plynné alebo kryštalické - potrebujeme striktne definované podmienky. Takže, pri tomto tlaku, je potrebná prísne definovaná teplota. Avšak, v prírode a v technike všade, tekutých koexistických koexistus s trajektom, alebo tiež s pevným agregovaným stavom - napríklad voda s vodnou parou a často s ľadom (ak zvážite páry so samostatnou fázou, ktorá je prítomná s vzduchom). Toto je vysvetlené nasledujúcimi dôvodmi.

Nebolibrium State. Ak chcete odpariť tekutinu, potrebujete čas, kým sa tekutina úplne odparuje, koexistuje s parou. V prírode sa neustále vyskytuje odparovanie vody, ako aj reverzný proces - kondenzácia.

Uzavretý objem. Kvapalina v uzavretej nádobe začína odpariť, ale pretože objem je obmedzený, tlak sa zvyšuje tlak pary, stáva sa nasýteným aj na úplné odparovanie tekutiny, ak je jeho množstvo dostatočne veľké. Keď sa dosiahne stav nasýtenia, množstvo evapoable kvapaliny sa rovná množstvu kondenzovanej tekutiny, systém prichádza do rovnováhy. Tak, podmienky potrebné pre rovnovážne koexistenciu tekutiny a pary môžu byť stanovené v obmedzenom objeme.

Prítomnosť atmosféry v podmienkach zemnej gravitácie. Tekutina je atmosférický tlak (vzduch a para), zatiaľ čo pre pár by sa mal brať do úvahy takmer len jeho čiastočný tlak. Preto kvapaliny a pár nad jeho povrchom zodpovedajú rôznym bodom na fázovom diagrame, v oblasti existencie kvapalnej fázy a v oblasti plynnej existencie. Toto nezruší odparovanie, ale čas potrebujete čas, počas ktorého oba fázy koexistovali. Bez toho by sa kvapalné podmienky varili a odparili veľmi rýchlo.

Teória

Mechaniky

Štúdium pohybu I. mechanická rovnováha Kvapaliny a plyny a ich interakcia medzi sebou a s pevnými telami sú venované úseku mechaniky - hydroamerhechanika (často nazývaná hydrodynamika). Hynaroromechanika - súčasť všeobecnejšej priemyselnej mechaniky, pevných médií.

Hydromechanika je časť hydroameromechaniky, v ktorej sa zvažujú nestlačiteľné tekutiny. Keďže stlačiteľnosť tekutín je v mnohých prípadoch veľmi malá, môže byť zanedbaná. Štúdia stlačiteľných kvapalín a plynov je venovaná dynamike plynu.

Hydromechanika sú rozdelené do hydrostatických látok, v ktorých sa skúma rovnováha nestabilných kvapalín a hydrodynamiku (v úzkom zmysle), v ktorom sa študuje ich pohyb.

Pohyb elektricky vodivých a magnetických kvapalín sa študuje v magnetickej hydrodynamike. Hydraulika aplikovaná na riešenie úloh aplikácií.

Hlavným zákonom hydrostatík je zákonom Pascal.

2. Kvapaliny z diatomických molekúl pozostávajúcich z identických atómov (kvapalný vodík, kvapalný dusík). Takéto molekuly majú quadrupólový moment.

4. Kvapaliny pozostávajúce z polárnych molekúl spojených s dipólovou dipólovou interakciou (kvapalný brómóm).

5. spájajú tekutiny alebo kvapaliny vodíkové väzby (voda, glycerín).

6. Kvapaliny pozostávajúce z veľkých molekúl, pre ktoré sú nevyhnutné vnútorné stupne slobody.

Kvapaliny z prvých dvoch skupín (niekedy tri) sa zvyčajne nazývajú jednoduché. Jednoduché kvapaliny boli študované lepšie ako iné, voda je najdôležitejšia z najvýraznejších. Táto klasifikácia nezahŕňa kvantové kvapaliny a kvapalné kryštály, ktoré sú špeciálne prípady a mali by sa posudzovať samostatne.

Štatistická teória

Najslovšia štruktúra a termodynamické vlastnosti kvapalín sa skúmajú pomocou rovnice Perkus-Yevik.

Ak používate model pevných guľôčok, to znamená, že zvážiť molekuly tekutiny s guľôčkami s priemerom d. Perkus-yevic rovnica môže byť vyriešená analyticky a získať rovnicu stavu kvapaliny:

Kde n. - počet častíc na jednotku objem, \\ t - bezrozmerná hustota. Pre nízke hustoty táto rovnica prechádza do ideálnej rovnice plynu: . Pre extrémne veľké hustoty sa získa rovnica stavu netriehiteľnej tekutiny :.

Model solídnych guličiek neberie do úvahy príťažlivosť medzi molekulami, takže nemá prudký prechod medzi kvapalinou a plynom, keď sa externé podmienky zmenia.

Ak potrebujete získať viac presné výsledkyNajlepší opis štruktúry a vlastností tekutiny sa dosiahne pomocou teórie narušenia. V tomto prípade sa model pevných guličiek považuje za nulový a sily príťažlivosti medzi molekulami sa považujú za rozhorčených a poskytujú pozmeňujúce a doplňujúce návrhy.

Teória klastra

Jeden z moderné teórie Slúžiť "Teória klastra". Je založený na myšlienke, že kvapalina je reprezentovaná ako kombinácia pevného telesa a plynu. Súčasne sa častice pevnej fázy (kryštály pohybujúce sa na krátke vzdialenosti) nachádzajú v plynnom oblaku, tvarovanie Štruktúra klastra. Energia častíc spĺňa distribúciu Boltzmannu, priemerná energia systému zostáva konštantná (s výhradou jeho izolácie). Pomalé častice čelia klastre a stávajú sa ich súčasťou. Takže neustále mení konfiguráciu klastrov, systém je v stave dynamickej rovnováhy. Pri vytváraní vonkajšieho vplyvu sa systém bude správať podľa princípu Le Chatelu. Je teda ľahké vysvetliť fázovú transformáciu:

• Po zohriatí sa systém postupne zmení na plyn (varu)
• Po ochladení sa systém postupne zmení na pevné teleso (mrazenie).

Experimentálne vzdelávacie metódy

Štruktúra kvapalín sa skúma pomocou röntgenovej konštrukčnej analýzy, elektrónovej a neutroniografie.

pozri tiež

• Vlastnosti povrchovej vrstvy tekutiny

Spojenie

Termodynamické stavy látky
Fyzika: pevné telo Tekutý Plazmový plyn