معلوم است که هر چیزی که انسان را احاطه کرده است، از جمله خود او، اجسامی است که از مواد تشکیل شده است. آنها به نوبه خود از مولکول ها، دومی از اتم ها و حتی از ساختارهای کوچکتر ساخته شده اند. با این حال، تنوع اطراف آنقدر زیاد است که حتی تصور نوعی اشتراک نیز دشوار است. و وجود دارد. تعداد ترکیبات به میلیون ها نفر می رسد که هر کدام از نظر خواص، ساختار و نقش منحصر به فرد هستند. در مجموع، چندین حالت فازی متمایز می شوند که بر اساس آنها می توان همه مواد را به هم مرتبط کرد.
حالات ماده
چهار گزینه برای حالت کل ترکیبات وجود دارد.
- گازها.
- جامدات.
- مایعات.
- پلاسما گازهای یونیزه بسیار کمیاب است.
در این مقاله خواص مایعات، ویژگی های ساختاری آنها و پارامترهای عملکردی ممکن را در نظر خواهیم گرفت.
طبقه بندی اجسام مایع
این تقسیم بر اساس خواص مایعات، ساختار و ساختار شیمیایی آنها و همچنین انواع برهمکنش بین ذرات تشکیل دهنده ترکیب است.
- چنین مایعاتی که از اتم هایی تشکیل شده اند که توسط نیروهای واندروالس در کنار هم نگه داشته شده اند.به عنوان مثال گازهای مایع (آرگون، متان و غیره) هستند.
- موادی که از دو اتم یکسان تشکیل شده اند. مثال‌ها: گازهای مایع - هیدروژن، نیتروژن، اکسیژن و غیره.
- فلزات مایع - جیوه.
- مواد متشکل از عناصری که توسط پیوندهای قطبی کووالانسی به هم مرتبط شده اند. مثال‌ها: هیدروژن کلرید، یدید هیدروژن، سولفید هیدروژن و دیگران.
- ترکیباتی که در آنها پیوند هیدروژنی وجود دارد. مثال‌ها: آب، الکل‌ها، آمونیاک در محلول.
همچنین ساختارهای ویژه ای وجود دارد - مانند کریستال های مایع، مایعات غیر نیوتنی که خواص ویژه ای دارند.
ما خصوصیات اساسی یک مایع را در نظر خواهیم گرفت که آن را از سایر حالت های تجمع متمایز می کند. اول از همه، اینها آنهایی هستند که معمولاً فیزیکی نامیده می شوند.
خواص مایعات: شکل و حجم
درمجموع، حدود 15 ویژگی قابل تشخیص است که به ما امکان می دهد توضیح دهیم که مواد مورد نظر چیست و ارزش و ویژگی های آنها چیست.
اولین خواص فیزیکی یک مایع که با ذکر این حالت تجمع به ذهن می رسد، توانایی تغییر شکل و اشغال حجم مشخصی است. بنابراین، به عنوان مثال، اگر ما در مورد شکل مواد مایع صحبت کنیم، به طور کلی پذیرفته شده است که آن را غایب بدانیم. با این حال، اینطور نیست.
تحت تأثیر نیروی شناخته شده گرانش، قطرات ماده دچار تغییر شکل می شوند، بنابراین شکل آنها شکسته شده و نامشخص می شود. با این حال، اگر یک قطره را در شرایطی قرار دهید که در آن گرانش عمل نمی کندیا به شدت محدود شود، آنگاه شکل ایده آل یک توپ را به خود می گیرد. بنابراین، با توجه به این وظیفه: "خواص مایعات را نام ببرید"، شخصی که خود را در فیزیک خوب می داند باید این واقعیت را ذکر کند.
در مورد حجم، در اینجا باید به خواص کلی گازها و مایعات توجه کنیم. هر دوی آنها قادرند کل فضایی را که در آن قرار دارند اشغال کنند و فقط توسط دیواره های کشتی محدود شده است.
ویسکوزیته
خواص فیزیکی مایعات بسیار متنوع است. اما یکی از آنها منحصر به فرد است، مانند ویسکوزیته. چیست و چگونه تعریف می شود؟ پارامترهای اصلی که مقدار مورد بررسی به آن بستگی دارد عبارتند از:
- استرس مماسی؛
- گرادیان سرعت حرکت.
وابستگی مقادیر نشان داده شده خطی است. اگر به زبان ساده‌تر توضیح دهیم، ویسکوزیته مانند حجم، ویژگی‌هایی از مایعات و گازها است که در آنها مشترک است و بدون توجه به نیروهای خارجی تأثیرگذار، حرکت نامحدود را نشان می‌دهد. یعنی اگر آب از ظرف خارج شود، تحت هر تأثیری (گرانش، اصطکاک و سایر پارامترها) به این کار ادامه خواهد داد.
این با سیالات غیرنیوتنی متفاوت است، که چسبناک تر هستند و می توانند سوراخ هایی را پشت سر خود باقی بگذارند که به مرور زمان پر می شوند.
این شاخص به چه چیزی بستگی دارد؟
- از دما. با افزایش دما، ویسکوزیته برخی از مایعات افزایش می یابد، در حالی که برخی دیگر برعکس،کاهش می دهد. این به ترکیب خاص و ساختار شیمیایی آن بستگی دارد.
- از فشار. افزایش باعث افزایش شاخص ویسکوزیته می شود.
- از ترکیب شیمیایی ماده. ویسکوزیته در حضور ناخالصی ها و اجزای خارجی در یک نمونه از یک ماده خالص تغییر می کند.
ظرفیت گرمایی
این اصطلاح به توانایی یک ماده برای جذب مقدار معینی گرما برای افزایش دمای خود یک درجه سانتیگراد اشاره دارد. اتصالات مختلفی برای این نشانگر وجود دارد. برخی ظرفیت گرمایی بیشتر و برخی دیگر کمتر دارند.
بنابراین، برای مثال، آب یک انباشته کننده حرارت بسیار خوب است که به آن اجازه می دهد تا به طور گسترده برای سیستم های گرمایشی، پخت و پز و سایر نیازها استفاده شود. به طور کلی، شاخص ظرفیت گرمایی برای هر مایع جداگانه کاملاً فردی است.
کشش سطحی
اغلب با دریافت این وظیفه: "خواص مایعات را نام ببرید" بلافاصله کشش سطحی را به یاد می آورند. بالاخره بچه ها در درس های فیزیک، شیمی و زیست شناسی با او آشنا می شوند. و هر مورد این پارامتر مهم را از سمت خود توضیح می دهد.
تعریف کلاسیک کشش سطحی به شرح زیر است: این یک مرز فاز است. یعنی در زمانی که مایع حجم معینی را اشغال کرده است، از بیرون با یک محیط گازی - هوا، بخار یا مواد دیگر هم مرز است. بنابراین، جداسازی فاز در نقطه تماس رخ می دهد.
در همان زمان، مولکول‌ها تمایل دارند تا آنجا که ممکن است خود را با ذرات بیشتری احاطه کنند و بنابراین، به‌طور مثال، بهفشرده سازی سیال به عنوان یک کل بنابراین، سطح به نظر کشیده شده است. همین ویژگی همچنین می تواند شکل کروی قطرات مایع را در غیاب گرانش توضیح دهد. از این گذشته ، این شکل است که از نقطه نظر انرژی مولکول ایده آل است. مثال:
- حباب صابون؛
- آب جوش؛
- کاهش مایعات در بی وزنی.
برخی از حشرات دقیقاً به دلیل کشش سطحی خود را به "راه رفتن" روی سطح آب وفق داده اند. مثال‌ها: راهروهای آبزی، پرندگان آبزی، برخی حشرات.
رنگ
خواص مشترک مایعات و جامدات وجود دارد. یکی از آنها سیالیت است. کل تفاوت این است که برای اولی نامحدود است. ماهیت این پارامتر چیست؟
اگر به جسم مایع نیروی خارجی وارد کنید به قسمت هایی تقسیم می شود و آنها را از یکدیگر جدا می کند، یعنی جاری می شود. در این صورت، هر قسمت دوباره کل حجم ظرف را پر می کند. برای جامدات، این ویژگی محدود است و به شرایط خارجی بستگی دارد.
وابستگی خواص به دما
اینها شامل سه پارامتر است که مواد مورد نظر ما را مشخص می کند:
- گرمای بیش از حد؛
- خنک کردن;
- جوش.
خواص مایعات مانند سوپرگرم شدن و هیپوترمی به ترتیب با نقاط بحرانی جوش و انجماد (نقاط) مرتبط است. مایع بیش از حد گرم شده مایعی است که هنگام قرار گرفتن در معرض دما بر آستانه نقطه گرمایش بحرانی غلبه کرده است، اما علائم خارجی جوش را نشان نداده است.
به ترتیب Supercooled فراخوانی شدمایعی که از آستانه نقطه بحرانی انتقال به فاز دیگر تحت تأثیر دماهای پایین عبور کرده، اما به جامد تبدیل نشده است.
در هر دو حالت اول و دوم شرایط تجلی چنین خواصی وجود دارد.
- بدون اثر مکانیکی روی سیستم (حرکت، ارتعاش).
- دمای یکنواخت، بدون جهش و افت ناگهانی.
یک واقعیت جالب این است که اگر یک جسم خارجی را در یک مایع فوق گرم (مثلا آب) بیندازید، فوراً می جوشد. شما می توانید آن را با گرم کردن تحت تاثیر اشعه (در مایکروویو) دریافت کنید.
همزیستی با سایر مراحل ماده
دو گزینه برای این پارامتر وجود دارد.
- مایع - گاز. چنین سیستم هایی گسترده ترین هستند، زیرا در همه جای طبیعت وجود دارند. به هر حال، تبخیر آب بخشی از چرخه طبیعی است. در این حالت، بخار حاصل به طور همزمان با آب مایع وجود دارد. اگر در مورد یک سیستم بسته صحبت کنیم، تبخیر نیز در آنجا اتفاق می افتد. فقط بخار خیلی سریع اشباع می شود و کل سیستم به طور کلی به تعادل می رسد: بخار مایع - اشباع.
- مایع - جامدات. به خصوص در چنین سیستم هایی، یک ویژگی دیگر قابل توجه است - ترشوندگی. در فعل و انفعال آب و یک جامد، دومی را می توان به طور کامل، جزئی و یا حتی دفع آب خیس کرد. ترکیباتی وجود دارند که به سرعت و عملاً به طور نامحدود در آب حل می شوند. کسانی هستند که اصلاً توانایی این کار را ندارند (بعضی از فلزات، الماس و دیگران).
به طور کلی، رشته هیدروآئرومکانیک به مطالعه برهمکنش مایعات با ترکیبات در سایر حالت‌های تجمع می‌پردازد.
تراکم پذیری
اگر به تراکم پذیری اشاره نکنیم، خواص اساسی یک سیال ناقص خواهد بود. البته این پارامتر بیشتر برای سیستم های گازی است. با این حال، موارد مورد نظر ما نیز می توانند تحت شرایط خاصی فشرده شوند.
تفاوت اصلی سرعت فرآیند و یکنواختی آن است. در حالی که یک گاز را می توان به سرعت و تحت فشار کم فشرده کرد، مایعات به طور ناموزون، به اندازه کافی طولانی و تحت شرایط خاص انتخاب شده فشرده می شوند.
تبخیر و متراکم شدن مایعات
اینها دو خاصیت دیگر مایع هستند. فیزیک به آنها توضیحات زیر را می دهد:
- تبخیر فرآیندی است که انتقال تدریجی یک ماده از حالت تجمع مایع به حالت جامد را مشخص می کند. این تحت تأثیر اثرات حرارتی روی سیستم اتفاق می افتد. مولکول ها شروع به حرکت می کنند و با تغییر شبکه کریستالی خود به حالت گازی منتقل می شوند. این فرآیند می تواند تا زمانی که تمام مایع به بخار تبدیل شود (برای سیستم های باز) ادامه یابد. یا تا زمانی که تعادل برقرار شود (برای عروق بسته).
- تراکم فرآیندی برخلاف آنچه در بالا ذکر شد است. در اینجا بخار به مولکول های مایع منتقل می شود. این اتفاق می افتد تا زمانی که یک تعادل یا یک انتقال کامل فاز ایجاد شود. بخار ذرات بیشتری را در مایع نسبت به آن آزاد می کند.
نمونه‌های معمول این دو فرآیند در طبیعت تبخیر آب از سطح اقیانوس جهانی، تراکم آن دراتمسفر بالایی و سپس ریزش.
خواص مکانیکی سیال
این خواص موضوع مطالعه علمی مانند هیدرومکانیک است. به طور خاص، بخش آن، نظریه مکانیک سیالات و گازها است. پارامترهای مکانیکی اصلی که وضعیت در نظر گرفته شده تجمع مواد را مشخص می کند عبارتند از:
- تراکم;
- اشتراک گذاری;
- ویسکوزیته.
زیر چگالی جسم مایع، جرم آن را که در یک واحد حجم قرار دارد، درک کنید. این شاخص برای ترکیبات مختلف متفاوت است. قبلاً داده‌های محاسبه‌شده و اندازه‌گیری تجربی روی این شاخص وجود دارد که در جداول ویژه وارد شده‌اند.
وزن مخصوص به وزن یک واحد حجم مایع در نظر گرفته می شود. این شاخص به شدت به دما وابسته است (با افزایش آن، وزن آن کاهش می یابد).
چرا خواص مکانیکی مایعات را مطالعه کنیم؟ این دانش برای درک فرآیندهای رخ داده در طبیعت، درون بدن انسان مهم است. همچنین هنگام ایجاد وسایل فنی، محصولات مختلف. به هر حال، مواد مایع یکی از رایج‌ترین شکل‌های کل در سیاره ما هستند.
سیالات غیر نیوتنی و خواص آنها
خواص گازها، مایعات، جامدات موضوع مطالعه فیزیک و همچنین برخی از رشته های مرتبط است. اما علاوه بر مواد مایع سنتی، مواد به اصطلاح غیر نیوتنی نیز وجود دارد که مورد مطالعه این علم نیز می باشد. آنها چه هستند و چرا به دست آوردندعنوان چیست؟
برای درک اینکه این ترکیبات چیست، در اینجا رایج ترین نمونه های خانگی آورده شده است:
- "Slime" با بازی کودکان؛
- "آدامس دست"، یا آدامس برای دستان؛
- رنگ ساختمانی معمولی؛
- محلول نشاسته در آب و غیره.
یعنی اینها مایعاتی هستند که ویسکوزیته آنها تابع گرادیان سرعت است. هرچه ضربه سریعتر باشد، شاخص ویسکوزیته بالاتر است. بنابراین، هنگامی که یک آدامس با یک ضربه تند به زمین برخورد می کند، به یک ماده کاملاً جامد تبدیل می شود که می تواند تکه تکه شود.
اگر آن را به حال خود رها کنید، در عرض چند دقیقه در یک گودال چسبناک پخش می شود. مایعات غیر نیوتنی از نظر خواص مواد کاملاً منحصر به فردی هستند که نه تنها برای اهداف فنی، بلکه برای اهداف فرهنگی و روزمره نیز مورد استفاده قرار گرفته اند.
