Физические свойства жидкостей и газов

2 Основы статики и динамики жидкости

Равновесное состояние жидкости и действующие силы

равновеснымповерхностнымиобъемнымиПоверхностные силыРp рРОбъемныеkkУсловия действия поверхностных сил при равновесии жидкости.МRNTNMNМТMTМRMnдля сохранения равновесия массы жидкости необходимо, чтобы внешние силы, действующие в точках ее граничной поверхности, были направлены только по внутренним нормалям к этой поверхности.Взаимодействие между частицами покоящейся жидкости.QQM’N’QM’Q₁Q₂

Общие дифференциальные уравнения равновесия жидкости

Уравнение Эйлера.xyzdxdydz0хdPdP’pр’xdm=ρdxdydzdх dy dzx0у0zуравнения ЭйлераОсновное дифференциальное уравнение гидростатики.dx, dу dzpx, yzосновным дифференциальным уравнением гидростатикиХарактеристическое уравнение.pρX, YZПоверхность уровня.

Равновесие капельной жидкости в поле земного тяготения

Поверхность уровня.0z 2zУравнение поверхности уровня и свойства этой поверхности.p=constdp=0p X, YZg_x, g_y, g_z – C0х0уповерхность уровня есть горизонтальная плоскость.₁₁Распределение гидростатического давления.СAр=рz=zосновным уравнением гидростатики.zz_oММ_орр_оpMCHгеометрическойпьезометрической высотамиНгидростатическим напором Н_оИзмерение давления в данной точке.z_o-zhЗакон Паскаля.hрр_о

Вязкость

Вязкость — это способность жидкости сопротивляться сдвигу, т. е. свойство, обратное текучести (более вязкие жидкости являются менее текучими). Вязкость проявляется в возникновении касательных напряжений (напряжений трения).

Рассмотрим слоистое течение жидкости вдоль стенки (рисунок)

В этом случае происходит торможение потока жидкости, обусловленное ее вязкостью. Причем скорость движения жидкости в слое тем ниже, чем ближе он расположен к стенке. Согласно гипотезе Ньютона касательное напряжение, возникающее в слое жидкости на расстоянии у от стенки, определяется зависимостью:

Закон трения Ньютона

где dv/dy — градиент скорости, характеризующий интенсивность нарастания скорости v при удалении от стенки (по оси у), μ ‑ динамическая вязкость жидкости.

Течения большинства жидкостей, используемых в гидравлических системах, подчиняются закону трения Ньютона, и их называют ньютоновскими жидкостями.

Однако следует иметь в виду, что существуют жидкости, в которых закон Ньютона в той или иной степени нарушается. Такие жидкости называют неньютоновскими.

Величина μ, входящая в формулу (динамическая вязкость жидкости), измеряется в Па⋅с либо в пуазах 1 П = 0.1 Па⋅с. Пуа́з (обозначение: П, до 1978 года пз; международное — P; от фр. poise) — единица динамической вязкости в системе единиц СГС. Один пуаз равен вязкости жидкости, оказывающей сопротивление силой в 1 дину взаимному перемещению двух слоев жидкости площадью 1 см², находящихся на расстоянии 1 см друг от друга и взаимно перемещающихся с относительной скоростью 1 см/с.

Единица названа в честь Ж. Л. М. Пуазёйля. Пуаз имеет аналог в системе СИ — паскаль-секунда (Па·c).

Вода при температуре 20 °C имеет вязкость 0,01002 П, или около 1 сантипуаза.

Однако на практике более широкое применение нашла

Кинематическая вязкость:

Единицей измерения последней в системе СИ является м2/с или более мелкая единица — см2/с, которую принято называть стоксом, 1 Ст = 1 см2/с. Для измерения вязкости также используются сантистоксы: 1 сСт = 0,01 Ст.

Вязкость жидкостей существенно зависит от температуры, причем вязкость капельных жидкостей с повышением температуры падает, а вязкость газов — растет (см. рисунок).

Это объясняется тем, что в капельных жидкостях, где молекулы расположены близко друг к другу, вязкость обусловлена силами молекулярного сцепления. Эти силы с ростом температуры ослабевают, и вязкость падает. В газах молекулы располагаются значительно дальше друг от друга. Вязкость газа зависит от интенсивности хаотичного движения молекул. С ростом температуры эта интенсивность растет и вязкость газа увеличивается.

Вязкость жидкостей зависит также от давления, но это изменение незначительно, и в большинстве случаев его не учитывают.

Давление в жидкости

Нормальная сила F называется силой давления и вызывает в жидкости нормальные напряжения сжатия, которые определяются отношением:

Нормальные напряжения, возникающие в жидкости под действием внешних сил, называются гидромеханическим давлением или просто давлением.

Системы отсчета давления

Рассмотрим системы отсчета давления. Важным при решении практических задач является выбор системы отсчета давления (шкалы давления). За начало шкалы может быть принят абсолютный нуль давления. При отсчете давлений от этого нуля их называют абсолютными — P_абс.

Однако, как показывает практика, технические задачи удобнее решать, используя избыточные давления P_изб, т.е. когда за начало шкалы принимается атмосферное давление.

Давление, которое отсчитывается «вниз» от атмосферного нуля, называется давлением вакуума P_вак, или вакуумом.

где P_атм — атмосферное давление, измеренное барометром.

Связь между абсолютным давлением P_абс и давлением вакуума P_вак можно установить аналогичным путем:

И избыточное давление, и вакуум отсчитываются от одного нуля (P_атм), но в разные стороны.

Таким образом, абсолютное, избыточное и вакуумное давления связаны и позволяют пересчитать одно в другое.

Единицы измерения давления

Практика показала, что для решения технических (прикладных) задач наиболее удобно использовать избыточные давления. Основной единицей измерения давления в системе СИ является паскаль (Па), который равен давлению, возникающему при действии силы в 1 Н на площадь размером 1 м2 (1 Па = 1 Н/м2).

Однако чаще используются более крупные единицы: килопаскаль (1 кПа = 103 Па) и мегапаскаль (1 МПа = 106 Па).

В технике широкое распространение получила внесистемная единица — техническая атмосфера (ат), которая равна давлению, возникающему при действии силы в 1 кгс на площадь размером 1 см2 (1 ат = 1 кгс/см2).

Соотношения между наиболее используемыми единицами следующие:

10 ат = 0,981 МПа ≈ 1 МПа или 1 ат = 98,1 кПа ≈ 100 кПа.

В зарубежной литературе используется также единица измерения давления бар

(1 бар = 105 Па).

В каких ещё единицах измеряется давление, можно посмотреть здесь

Рассмотрим некоторые свойства жидкостей, которые оказывают наиболее существенное влияние на происходящие в них процессы и поэтому учитываются при расчетах гидравлических систем.

Испарение и конденсация жидкостей

Это два других свойства жидкости. Физика дает им следующие объяснения:

1. Испарение — это процесс, характеризующий постепенный переход вещества из жидкого состояния в твердое агрегатное состояние. Это происходит под воздействием тепловых воздействий на систему. Молекулы начинают движение и, изменяя свою кристаллическую решетку, переходят в газообразное состояние. Процесс может продолжаться до тех пор, пока вся жидкость не превратится в пар (для открытых систем). Или до установления равновесия (для закрытых сосудов).
2. Конденсация — процесс, противоположный указанному выше. Здесь пар превращается в молекулы жидкости. Это происходит до тех пор, пока не установится равновесие или полный фазовый переход. Пар выбрасывает в жидкость больше частиц, чем в нее.

Типичными примерами этих двух процессов в природе являются испарение воды с поверхности Мирового океана, ее конденсация в верхних слоях атмосферы, а затем осадки.

Плотность воды

Плотность воды определяется массой единичного объема в килограммах на метр кубический (кг/м3). В водоеме П.в. зависит от таких вещей как: минерализация, температура, количество растворенных солей в воде, ну и, конечно же, от давления высших слоев воды.

Плотность воды химически чистой (обессоленной) зависит от температуры. Их зависимость вычисляется по формуле, которая напоминает параболу с определенной вершиной при t 3,98°С. При такой температуре плотность воды как химического вещества принято считать равной 1000 кг/м3, или же 1г/см3. Если происходит снижение t до 0°С, плотность воды снижается на 0.132 кг/м3, а если же происходит повышение t, то плотность понижается до 995.67 кг/м3 (это при 30°С). Условной П.в. называется разность между плотностью при некоторой температуре  (t) и самой большой плотностью (sigma t) approx rho T – 1000. По-другому ее еще называют аномалией П.в. При повышении давления и минерализации П.в. тоже увеличивается. Незначительные изменения плотности воды от всех этих трех факторов играют важнейшую роль при динамике вод в водоемах, в формировании качества воды и их экосистем.

Всем известно, что при повышении температуры вещества увеличивают свой объем и понижают плотность. Вода обладает точно таким же свойством, но в интервале от 0 до 4°С, где с возрастанием температуры объем не повышается, а, наоборот, сокращается, данное свойство не выполняется. Принято считать максимальную плотность воды при температуре  4°С. Отсюда можно сделать вывод, что для воды зависимость объема и температуры двузначна. К примеру, при 0.2 и 8°С масса воды занимает одинаковое количество объема, точно так же как и при 3 и 5°С. Но, не смотря на это, воду принято считать эталоном плотности – при температуре равной 4°С, когда ее масса в 1  грамм имеет объем в 1 кубический сантиметр.

А как изменится объем воды при понижении температуры? Выяснилось, что при t ниже 0°С он будет продолжать увеличиваться, при условии переохлаждения. Но переохлаждение всегда требует сложных условий: неподвижность воды, отсутствия мест кристаллизации льда.

Если вода лишена растворенных в ней газов, то ее можно переохладить до минус 70°С и при этом она не превратится в лед. Но если ее встряхнуть или добавить небольшое количества льда, то она мгновенно покроется льдом и температура ее подскочит до 0°С (на 70°С). Можно так же довести воду до температуры  150°С без закипания, однако если в нее ввести пузырек воздуха, то вода моментально вскипит и температура ее понизится до 100°С.

Вода, при замерзании, внезапно увеличивается в объеме на 11%, так же внезапно и уменьшается при таянии. Это увеличение объема играет огромную роль, как в природе, так и в жизни людей. При замерзании воды и ее дальнейшем увеличении объема, происходит расширение, в результате чего возникает сильное давление, равное 2500 кгс/см2. Именно поэтому замерзающая вода обладает разрушительной силой в замкнутых пустотах, трещинах гор. Именно это объясняет то, как замерзающая вода разрушает многолетние глыбы, превращая их в мелкие осколки или же, как происходят взрывы крупных наледей. Точно так же, при замерзании воды в трубопроводе, происходит расширение труб, а в дальнейшем и их взрывы. Стоит так же сказать, что все эти процессы происходят при абсолютном  давлении равном 1 атм.

Важно так же то , что максимальная плотность воды отмечается при 4°С, лед оказывается легче жидкости и находится на поверхности. Если бы лед находился внизу водоемов, то они промерзали бы с самого дна, создавая глобальную катастрофу для всех тех, кто обитает в этих водоемах

Читая увлекательные статьи о свойствах физических тел и химических веществ, поневоле завидуешь тем ученым, которые изучают эти процессы, проводя разнообразные лабораторные опыты. Но чтобы стать таким ученым, сначала надо научиться азам, закончив среднее образование и продолжив обучение  в ВУЗе с физическим или химическим уклоном. Но для этого сначала необходимо сдать вступительные экзамены, хорошо подготовиться к которым, не обращаясь к услугам репетиторов в наши дни практически невозможно. Вот почему необходимо знать  стоимость репетитора и перечень нужных вам предметов. В этом Вам сможет помочь сайт “Дистанционный репетитор”.

Рубрика: Свойства воды |
Метки: свойства

Физические свойства

Жидкость отличается от газов и твёрдых тел и имеет индивидуальные характеристики:

• текучесть – возможность принимать форму сосуда и двигаться под действием даже незначительной силы;
• вязкость – способность оказывать сопротивление перемещению одной части вещества относительно другой;
• малосжимаемость – невозможность уменьшить объём за счёт малого пространства между молекулами;
• смачивание – «прилипание» молекул жидкости к твёрдым телам;
• образование поверхностного натяжения – создание раздела фаз (жидкой и газообразной) в виде упругой мембраны.

Рис. 2. Схема поверхностного натяжения.

Жидкости могут существовать только в определённом интервале температур. При понижении температуры жидкость переходит в твёрдое состояние, при повышении – превращается в газообразное вещество. Границы температурного интервала зависят от давления.

Рис. 3. Агрегатное состояние воды в зависимости от температуры.

Условно жидкости делят на две группы:

• чистые, состоящие только из молекул вещества;
• смеси, включающие дополнительные частицы и молекулы и других веществ.

Примерами жидких смесей являются кровь, морская вода, сок фруктов.

Многие жидкости органического и неорганического происхождения являются растворителями. Это вещества, способные разлагать (растворять) другие жидкие, твёрдые или газообразные вещества. К растворителям относятся этанол, спирт, ацетон, вода, аммиак.

В условиях невесомости жидкость приобретает форму капли за счёт поверхностного натяжения, создаваемого со всех сторон.

Свойства жидкостей

Жидкости обладают рядом уникальных свойств, которые отличают их от твердых тел и газов. Рассмотрим подробнее эти свойства:

Форма

Жидкость не имеет определенной формы и принимает форму сосуда, в котором она находится. Она может быть выпуклой или вогнутой в зависимости от формы сосуда. Например, вода в стакане принимает форму стакана, а вода в кастрюле принимает форму кастрюли.

Объем

Жидкость занимает определенный объем и не может быть сжата до бесконечно малых размеров, как газ. Однако, она может быть сжата в небольшой степени. Например, при сжатии жидкости в шприце ее объем уменьшается, но не до нуля.

Поток

Жидкость может течь и изменять свою форму под воздействием внешних сил. Она обладает вязкостью, что означает сопротивление потоку. Вязкость зависит от внутреннего трения между молекулами жидкости. Некоторые жидкости, такие как мед или масло, имеют большую вязкость и течут медленно, в то время как другие, такие как вода, имеют меньшую вязкость и течут быстрее.

Плотность

Жидкость имеет определенную плотность, которая зависит от ее массы и объема. Плотность жидкости обычно выше, чем у газов, но ниже, чем у твердых тел. Плотность жидкости может изменяться с изменением температуры и давления.

Основные физические свойства жидкости

Подобно твердому телу, жидкость обладает малой сжимаемостью и большой плотностью. Подобно газу, она не имеет упругости формы и легко течет. Молекулы жидкости, как и частицы твердого тела, совершают тепловые колебания, однако их положение равновесия время от времени изменяется, что и обеспечивает текучесть.

Также жидкости свойственна капиллярность — способность подниматься и опускаться в узких сосудах. Общая величина поверхности жидкости мала, и влияние стенок распространяется на всю поверхность. Сосуд в данном случае считается достаточно узким, капиллярным, если его размеры сравнимы с радиусом кривизны поверхности жидкости в нем. Это явление используют для обнаружения трещин размером от 1 мкм, не видных невооруженным глазом.

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут

Классификация жидких тел 

Жидкости делятся на ньютоновские, т.е. подчиняющиеся законам вязкого трения Ньютона, и неньютоновские.

Каждая молекула жидкости плотно окружена со всех сторон своими ближайшими соседями, находящимися на расстояниях порядка ее диаметра \delta. Она колеблется вокруг положения равновесия, а затем резко перепрыгивает к новому центру колебаний. За секунду молекула успевает сменить место «оседлой жизни» около 100 миллионов раз, совершив между перескоками от тысячи до 100 тысяч колебаний. Чем сильнее межмолекулярное взаимодействие, тем ниже подвижность молекул и больше вязкость. Если на колеблющуюся молекулу действует постоянная внешняя сила, например, со стороны соседнего движущегося слоя, то в направлении этой силы частица будет совершать больше скачков, чем в противоположном. Поэтому и на ее хаотические блуждания наложится упорядоченное перемещение со скоростью\( v\;=\;(N_1\;-\;N_2)\;\times\;\delta.\)

\(\delta\) здесь — длина одного скачка, \(N_1\) и \(N_2\) — среднее число скачков за одну секунду в направлении силы и в противоположном направлении соответственно.

Приложенная сила совершает работу по раздвиганию тех молекул, между которыми протискивается рассматриваемая частица. Эта работа в конечном счете идет на увеличение скорости беспорядочного теплового движения молекул. Скорость упорядоченного движения не меняется со временем, т.е. течение жидкости равномерное, несмотря на действие внешней силы. Значит, приложенную силу уравновешивает сила сопротивления, которая определяется вязкостью. При увеличении температуры подвижность молекул возрастает. Это приводит к уменьшению силы сопротивления, так как в нагретой жидкости чаще создаются благоприятные условия для перемещения частиц в направлении приложенной силы.

Ньютон предположил, что величина этой силы, называемой силой внутреннего трения, пропорциональна разности скоростей элементов жидкости. Конечно, в сплошной среде никаких элементов нет и это понятие используют лишь для наглядности, а скорость жидкости распределена непрерывно. Следовательно, сила внутреннего трения F пропорциональна изменению скорости жидкости v в направлении, перпендикулярном движению, и зависит от площади S соприкосновения элементов жидкости:

\(F\;=\;\eta\;\times\;\frac{d\;\times\;v}{d\;\times\;n}\;\times\;S.\)

Это закон вязкого трения Ньютона. Жидкости, в которых внутреннее трение подобным образом зависит от изменения скорости, называются ньютоновскими, или жидкостями с линейной вязкостью. Вода, бензин, спирт, глицерин и многие другие жидкости являются ньютоновскими.

Но среди жидкостей довольно часто можно встретить такие, динамика которых описывается более сложными соотношениями: например, загустевающие краски, лаки, строительные растворы, мед, смолы, глинистые и болотистые почвы и др.

Первые модели неньютоновских жидких сред были предложены во второй половине XIX века Джеймсом Кларком Максвеллом и Уильямом Томсоном. В ХХ веке благодаря работам Бингама и Рейнера этот раздел механики сплошных сред стал самостоятельной наукой, которая носит название реология, произошедшее от греческого слова «реос» — «течение», «поток».

Таблица сравнения свойств жидкостей

Свойство	Определение	Пример
Плотность	Масса вещества, содержащегося в единице объема	Вода имеет плотность около 1 г/см³
Вязкость	Сопротивление жидкости при перемещении	Мед медленно течет, поэтому имеет высокую вязкость
Поверхностное натяжение	Сила, действующая на поверхность жидкости, стремящаяся уменьшить ее площадь	Капли воды на поверхности листа образуют шарик из-за поверхностного натяжения
Давление	Сила, действующая на единицу площади	Давление воды в глубинах океана увеличивается с увеличением глубины
Архимедова сила	Сила, действующая на тело, погруженное в жидкость или газ	Плавающий корабль испытывает поддерживающую силу, равную весу вытесненной им воды
Тепловое расширение	Изменение объема жидкости при изменении температуры	Термометр с ртутным столбом расширяется при нагревании
Диффузия	Распространение молекул одного вещества в другом	Аромат от кофе быстро распространяется по комнате

Строение

Молекулы жидкости не имеют строго упорядоченной структуры как в твёрдом веществе и могут перескакивать с одного места на другое, что объясняет текучесть жидкости. Расстояние между молекулами жидкого вещества близкое, но не такое большое, как между молекулами газов. Частицы жидкости не отрываются и не перемещаются свободно и хаотично.

Рис. 1. Молекулярное строение жидкости.

Притяжение между молекулами достаточно сильное, чтобы сохранять межмолекулярное расстояние, но достаточно слабое, чтобы держать молекулы в статичном положении.

Жидкость держит объём, но не держит форму, совершая колебательные движения.

Давление в жидкостях

Давление в жидкостях – это сила, действующая на единицу площади поверхности, на которую жидкость давит. Давление в жидкостях обусловлено взаимодействием молекул жидкости друг с другом и с окружающими поверхностями.

Закон Паскаля

Закон Паскаля утверждает, что давление, создаваемое жидкостью, передается одинаково во всех направлениях. Это означает, что если на жидкость действует давление в одном месте, то это давление распространяется по всей жидкости без изменений.

Например, если мы поместим поршень в жидкость и начнем на него действовать силой, то эта сила создаст давление на поверхности поршня. Закон Паскаля гарантирует, что это давление будет передаваться по всей жидкости и будет одинаково на всех поверхностях, включая стены сосуда, в котором находится жидкость.

Формула для давления в жидкостях

Давление в жидкостях можно вычислить с помощью формулы:

P = ρgh

где P – давление в жидкости, ρ – плотность жидкости, g – ускорение свободного падения, h – высота столба жидкости.

Эта формула основана на принципе, что давление в жидкости зависит от ее плотности и высоты столба жидкости. Чем больше плотность жидкости и высота столба, тем больше будет давление.

Применение давления в жидкостях

Давление в жидкостях имеет множество практических применений. Например, давление в жидкостях используется в системах гидравлики для передачи силы и управления механизмами. В таких системах давление жидкости создает силу, которая передается через трубки и приводит в движение поршни и другие детали.

Давление в жидкостях также играет важную роль в атмосфере и климате. Изменения давления в океанах и атмосфере влияют на погоду и климатические явления, такие как ветры и циклоны.

Изучение давления в жидкостях помогает нам понять и объяснить различные физические явления, связанные с поведением жидкостей и их взаимодействием с окружающей средой. Это знание имеет широкое применение в науке, технологии и инженерии.

Слайд 9 Влияние сил поверхностного натяжения

давления, при истечении жидкости из малых отверстий, при фильтрации, образовании

капель и в других случаях, когда прочие силы, действующие на жидкость (вес, давление), малы. Жидкости, движение которых не подчиняется закону Ньютона, называются аномальными, или неньютоновскими. К аномальным жидкостям можно отнести, например, строительный и глинистый растворы, нефтепродукты при температуре, близкой к температуре застывания, коллоидные растворы и др. Чтобы привести такие жидкости в движение, необходимо приложить некоторое усилие. Движение неньютоновских жидкостей начинается только после того, как касательные напряжения в них достигнут некоторого предельного значения: при меньших касательных напряжениях эти жидкости не текут, а испытывают только упругие деформации, как твердые тела. В аномальных жидкостях касательное напряжение определяется по формуле Бингама:  , (19)  где – начальное напряжение сдвига; – пластическая вязкость. Таким образом, в аномальных жидкостях сила трения возникает еще в покоящихся, но уже стремящихся прийти в движение жидкостях.

Растворимость газов

Многие жидкости способны растворять в себе газы. Эта способность характеризуется количеством растворенного газа в единице объема жидкости, различается для разных жидкостей и изменяется с увеличением давления.

Относительный объем газа, растворенного в жидкости до ее полного насыщения, можно считать по закону Генри прямо пропорциональным давлению, то есть:

где V_г — объем растворенного газа, приведенный к нормальным условиям (p, Т);V_ж — объем жидкости;k — коэффициент растворимости;р — давление жидкости.

Коэффициент k имеет следующие значения при 20°С:

вода	0,016
керосин	0,13
минеральные масла	0,08
жидкость АМГ-10	0,1

При понижении давления выделяется растворенный в жидкости газ, причем интенсивнее, чем растворяется в ней. Это явление может отрицательно сказывается на работе гидросистем.

Поверхностное натяжение

Часто, получив задание: «Назвать свойства жидкостей», сразу запоминают поверхностное натяжение. Ведь детей с ними знакомят на уроках физики, химии и биологии. И каждый испытуемый со своей стороны объясняет этот важный параметр.

Классическое определение поверхностного натяжения следующее: это интерфейс. То есть в момент, когда жидкость заняла определенный объем, она граничит снаружи с газовой средой: воздухом, паром или каким-либо другим веществом. Следовательно, разделение фаз происходит в точке контакта.

В этом случае молекулы стремятся окружить себя как можно большим количеством частиц и, следовательно, как бы приводят к сжатию жидкости как целого. В результате поверхность выглядит удлиненной. Это свойство также может объяснить сферическую форму жидких капель в отсутствие силы тяжести. Действительно, именно такая форма идеальна с точки зрения энергии молекулы. Примеры:

• капли жидкости в невесомости.
• кипящая вода;
• пузырь;

Некоторые насекомые приспособились «ходить» по поверхности воды именно благодаря поверхностному натяжению. Примеры: водяные ястребы, водяные жуки, некоторые личинки.

Сосуществование с другими фазами веществ

Есть два варианта этого параметра.

1. Жидкость — это газ. Такие системы наиболее распространены, так как существуют в природе повсеместно. Испарение воды — часть естественного цикла. В этом случае образующийся пар существует одновременно с жидкой водой. Если говорить о замкнутой системе, там тоже происходит испарение. Просто пар очень быстро насыщается, и вся система в целом достигает равновесия: жидкость — насыщенный пар.

2. Жидкость — твердая. Особенно на таких системах отмечается еще одно свойство — смачиваемость. Когда вода и твердое вещество взаимодействуют, последнее может быть полностью влажным, частично или полностью отталкивая воду. Есть соединения, которые растворяются в воде быстро и практически бесконечно. Есть такие, кто вообще на это не способен (некоторые металлы, алмазы и другие).

В целом, изучение взаимодействия жидкостей с соединениями в других агрегатных состояниях — это дисциплина гидроаэромеханики.

Температурное расширение

Способность жидкости изменять свой объем при изменении температуры называется температурным расширением. Оно характеризуется коэффициентом температурного расширения β_t:

где dT- изменение температуры; dV- изменение объема под действием температуры; V — объем жидкости.

При конечных приращениях температуры:

Как видно из формул, с увеличением температуры объем жидкости возрастает, а плотность уменьшается.

Коэффициент температурного расширения жидкостей зависит от давления и температуры:

Т, °C	p, МПа	βt, 1/град
0,1	14·10-6
100	10	700·10 -6

То есть при разных условиях коэффициент температурного расширения изменился в 50 раз. Однако на практике обычно принимают среднее значение в данном диапазоне температур и давления.Например, для минеральных масел β_t ≈ 800·10-6 1/град.

Газы весьма значительно изменяют свой объем при изменении температуры. Для учета этого изменения используют уравнения состояния газов или формулы политропных процессов.

Архимедова сила

Архимедова сила – это сила, возникающая при погружении тела в жидкость или газ. Она направлена вверх и равна весу вытесненной жидкости или газа.

Принцип Архимеда

Принцип Архимеда утверждает, что тело, погруженное в жидкость или газ, испытывает всплывающую силу, равную весу вытесненной им жидкости или газа. Это означает, что если вес тела меньше веса вытесненной жидкости или газа, то тело будет всплывать, а если вес тела больше веса вытесненной жидкости или газа, то тело будет тонуть.

Формула для архимедовой силы

Архимедова сила может быть вычислена с помощью формулы:

F_Арх = ρVg

где F_Арх – архимедова сила, ρ – плотность жидкости или газа, V – объем вытесненной жидкости или газа, g – ускорение свободного падения.

Эта формула основана на принципе, что архимедова сила равна весу вытесненной жидкости или газа. Чем больше плотность жидкости или газа и объем вытесненной жидкости или газа, тем больше будет архимедова сила.

Применение архимедовой силы

Архимедова сила имеет множество практических применений. Например, она объясняет, почему лодки и корабли не тонут, а плавают на поверхности воды. Вес корабля равен весу вытесненной им воды, и архимедова сила поддерживает его на плаву.

Архимедова сила также используется в различных технических устройствах, таких как гидростатические весы и гидравлические системы. В гидравлических системах архимедова сила позволяет передавать силу через жидкость и управлять механизмами.

Изучение архимедовой силы помогает нам понять и объяснить различные физические явления, связанные с плаванием и погружением тел в жидкости и газы. Это знание имеет широкое применение в науке, технологии и инженерии.

Зависимость свойств от температуры

К ним относятся три параметра, характеризующие рассматриваемые нами вещества:

• кипячение.
• охлаждение;
• перегрев;

Свойства перегрева и переохлаждения жидкостей напрямую связаны с критическими температурами кипения и замерзания (точки) соответственно. Перегретой называется жидкость, которая превысила порог критической точки нагрева при воздействии температуры, но не показала внешних признаков кипения.

Переохлажденной, соответственно, называют жидкость, перешедшую порог критической точки перехода в другую фазу под воздействием низких температур, но не ставшую твердой.

И в первом, и во втором случае есть условия для проявления таких свойств.

1. Отсутствие механических воздействий на систему (движение, вибрация).
2. Равномерная температура, без резких скачков и перепадов.

Интересным фактом является то, что если в перегретую жидкость (например, воду) бросить посторонний предмет, она мгновенно закипит. Его можно получить при нагревании под воздействием излучения (в микроволновой печи).

Механические свойства жидкости

Эти свойства изучаются такой наукой, как гидромеханика. В частности — его раздел, теория механики жидкости и газа. К основным механическим параметрам, характеризующим агрегатное состояние рассматриваемых веществ, относятся:

• вязкость.
• конкретный вес;
• плотность;

Под плотностью жидкого тела понимается его масса, которая содержится в единице объема. Этот показатель варьируется для разных соединений. По этому показателю уже есть экспериментально рассчитанные и измеренные данные, которые заносятся в специальные таблицы.

Удельным весом считается масса единицы объема жидкости. Этот показатель сильно зависит от температуры (при повышении его вес уменьшается).

Зачем изучать механические свойства жидкостей? Эти знания важны для понимания процессов, происходящих в природе в организме человека. Даже при создании технических средств, различных изделий. В конце концов, жидкие вещества — одна из самых распространенных агрегатных форм на нашей планете.

Определение жидкости

Жидкость – это одно из трех основных состояний вещества, помимо твердого и газообразного состояний. Жидкость обладает свойствами, которые отличают ее от других состояний.

Основные свойства жидкостей:

• Форма: Жидкость не имеет определенной формы и принимает форму сосуда, в котором она находится. Она может быть выпуклой или вогнутой в зависимости от формы сосуда.
• Объем: Жидкость занимает определенный объем и не может быть сжата до бесконечно малых размеров, как газ. Однако, она может быть сжата в небольшой степени.
• Поток: Жидкость может течь и изменять свою форму под воздействием внешних сил. Она обладает вязкостью, что означает сопротивление потоку.
• Плотность: Жидкость имеет определенную плотность, которая зависит от ее массы и объема. Плотность жидкости обычно выше, чем у газов, но ниже, чем у твердых тел.
• Поверхностное натяжение: Жидкость обладает поверхностным натяжением, что означает, что ее поверхность стремится минимизировать свою площадь и принимает форму с минимальной поверхностью.

Жидкости играют важную роль в нашей повседневной жизни и во многих физических явлениях, таких как течение рек, давление в жидкостях и диффузия.

Диффузия в жидкостях

Диффузия – это процесс перемещения молекул или частиц из области с более высокой концентрацией в область с более низкой концентрацией. В жидкостях диффузия происходит благодаря тепловому движению молекул.

Механизм диффузии в жидкостях

Молекулы в жидкости постоянно двигаются и сталкиваются друг с другом. При столкновении молекулы могут обменяться энергией и изменить свое направление движения. Этот процесс называется тепловым движением.

В результате теплового движения молекулы жидкости перемещаются в случайных направлениях. Если в одной области жидкости концентрация молекул выше, чем в соседней области, то молекулы будут диффундировать из области с более высокой концентрацией в область с более низкой концентрацией.

Скорость диффузии

Скорость диффузии зависит от нескольких факторов, включая температуру, размер и форму молекул, а также вязкость жидкости. При повышении температуры молекулы двигаются быстрее и диффузия происходит быстрее.

Размер и форма молекул также влияют на скорость диффузии. Молекулы с меньшим размером и более компактной формой могут проходить через промежутки между другими молекулами более легко и быстро.

Вязкость жидкости также оказывает влияние на скорость диффузии. Вязкие жидкости могут затруднять движение молекул и, следовательно, замедлять диффузию.

Применение диффузии в жидкостях

Диффузия в жидкостях имеет широкое применение в различных областях.

В химии диффузия используется для смешивания реагентов и образования равномерных растворов. Диффузия также играет важную роль в процессе диффузионного анализа, который используется для определения концентрации веществ в растворах.

В биологии диффузия играет ключевую роль в процессах, таких как дыхание, поглощение питательных веществ клетками и выделение отходов. Диффузия также является основным механизмом транспорта молекул через клеточные мембраны.

Изучение диффузии в жидкостях позволяет нам понять и предсказать ее поведение в различных условиях и применить это знание для решения практических задач в различных областях науки и техники.

Заключение

В этой лекции мы рассмотрели основные свойства и явления, связанные с жидкостями. Жидкости – это вещества, которые обладают определенной формой и объемом, но не имеют определенной формы. Они обладают поверхностным натяжением, которое проявляется в способности жидкости образовывать пленку на своей поверхности. Капиллярное явление объясняет, почему жидкость может подниматься или опускаться в узкой трубке. Давление в жидкости зависит от ее плотности и глубины, а Архимедова сила действует на тело, погруженное в жидкость, и равна весу вытесненной жидкости. Вязкость жидкости определяет ее способность сопротивляться деформации при сдвиге. Тепловое расширение жидкостей проявляется в изменении их объема при изменении температуры. Диффузия в жидкостях – это процесс перемешивания молекул разных веществ в результате их хаотического движения.