ידוע שכל מה שמקיף אדם, כולל את עצמו, הם גופים המורכבים מחומרים. אלה, בתורם, בנויים ממולקולות, האחרונות מאטומים, והם ממבנים קטנים עוד יותר. עם זאת, המגוון שמסביב כל כך גדול שקשה לדמיין אפילו סוג של משותף. ויש. תרכובות מונים במיליונים, כל אחת מהן ייחודית בתכונות, במבנה ובתפקיד. בסך הכל, מובחנים מספר מצבי פאזה, לפיהם ניתן לתאם את כל החומרים.
מצבי עניין
ישנן ארבע אפשרויות למצב המצטבר של תרכובות.
- גזים.
- סולידים.
- נוזלים.
- פלזמה היא גזים מיוננים נדירים ביותר.
במאמר זה נשקול את המאפיינים של נוזלים, תכונותיהם המבניות ופרמטרי ביצועים אפשריים.
סיווג של גופים נוזליים
חלוקה זו מבוססת על תכונות הנוזלים, המבנה והמבנה הכימי שלהם, כמו גם סוגי האינטראקציות בין החלקיקים המרכיבים את התרכובת.
- נוזלים כאלה המורכבים מאטומים המוחזקים יחד על ידי כוחות ואן דר ואלס.דוגמאות לכך הן גזים נוזליים (ארגון, מתאן ואחרים).
- חומרים המורכבים משני אטומים זהים. דוגמאות: גזים נוזליים - מימן, חנקן, חמצן ואחרים.
- מתכות נוזליות - כספית.
- חומרים המורכבים מיסודות המקושרים בקשרים קוטביים קוולנטיים. דוגמאות: מימן כלורי, מימן יודיד, מימן גופרתי ואחרים.
- תרכובות שבהן קיימים קשרי מימן. דוגמאות: מים, אלכוהול, אמוניה בתמיסה.
יש גם מבנים מיוחדים - כמו גבישים נוזליים, נוזלים שאינם ניוטונים, בעלי תכונות מיוחדות.
נשקול את התכונות הבסיסיות של נוזל המבדילות אותו מכל מצבי הצבירה האחרים. קודם כל, אלה הם אלה שנקראים בדרך כלל פיזיים.
מאפיינים של נוזלים: צורה ונפח
בסך הכל ניתן להבחין בכ-15 מאפיינים המאפשרים לנו לתאר מהם החומרים המדוברים ומה ערכם ותכונותיהם.
התכונות הפיזיקליות הראשונות של נוזל שעולות בראש עם אזכור של מצב צבירה זה היא היכולת לשנות צורה ולתפוס נפח מסוים. אז, למשל, אם אנחנו מדברים על הצורה של חומרים נוזליים, אז זה מקובל בדרך כלל לראות את זה נעדר. עם זאת, זה לא המקרה.
תחת פעולת כוח הכבידה הידוע, טיפות חומר עוברות דפורמציה מסוימת, כך שצורתן נשברת והופכת לבלתי מוגדרת. עם זאת, אם אתה מציב ירידה בתנאים שבהם כוח הכבידה אינו פועלאו מוגבל מאוד, אז זה יקבל את הצורה האידיאלית של כדור. לפיכך, בהינתן המשימה: "שם תכונות של נוזלים", אדם הרואה עצמו בקי בפיזיקה צריך להזכיר עובדה זו.
באשר לנפח, כאן עלינו לשים לב לתכונות הכלליות של גזים ונוזלים. שניהם מסוגלים לתפוס את כל נפח החלל שבו הם נמצאים, מוגבל רק על ידי קירות הכלי.
צמיגות
התכונות הפיזיקליות של נוזלים מגוונות מאוד. אבל אחד מהם הוא ייחודי, כגון צמיגות. מה זה ואיך זה מוגדר? הפרמטרים העיקריים שבהם תלוי הערך הנבדק הם:
- לחץ טנגנציאלי;
- שיפוע מהירות נע.
התלות של הערכים המצוינים היא ליניארית. אם נסביר במילים פשוטות יותר, אז צמיגות, כמו נפח, היא תכונות כאלה של נוזלים וגזים המשותפות להם ומרמזות על תנועה בלתי מוגבלת, ללא קשר לכוחות ההשפעה החיצוניים. כלומר, אם יזרמו מים מהכלי, הם ימשיכו לעשות זאת בהשפעה כלשהי (כוח משיכה, חיכוך ופרמטרים נוספים).
זה שונה מנוזלים שאינם ניוטונים, שהם צמיגים יותר ויכולים להשאיר מאחוריהם חורים שמתמלאים עם הזמן.
במה יהיה מחוון זה תלוי?
- מטמפרטורה. עם עליית הטמפרטורה, הצמיגות של נוזלים מסוימים עולה, בעוד שאחרים, להיפך,יורד. זה תלוי בתרכובת הספציפית ובמבנה הכימי שלה.
- מלחץ. עלייה גורמת לעלייה במדד הצמיגות.
- מההרכב הכימי של החומר. שינויים בצמיגות בנוכחות זיהומים ורכיבים זרים בדגימה של חומר טהור.
קיבולת חום
מונח זה מתייחס ליכולת של חומר לספוג כמות מסוימת של חום כדי להעלות את הטמפרטורה שלו במעלה אחת צלזיוס. ישנם חיבורים שונים עבור מחוון זה. לחלקם יש יותר, אחרים פחות קיבולת חום.
אז, למשל, מים הם מצבר חום טוב מאוד, המאפשר שימוש נרחב בהם למערכות חימום, בישול וצרכים אחרים. באופן כללי, מדד קיבולת החום הוא אינדיבידואלי לחלוטין עבור כל נוזל בנפרד.
מתח פני השטח
לעתים קרובות, לאחר שקיבלו את המשימה: "שמות תכונות של נוזלים", הם נזכרים מיד במתח פני השטח. אחרי הכל, ילדים מתוודעים אליו בשיעורי פיזיקה, כימיה וביולוגיה. וכל פריט מסביר את הפרמטר החשוב הזה מהצד שלו.
ההגדרה הקלאסית של מתח פני השטח היא הבאה: זה גבול פאזה. כלומר, בזמן שהנוזל תפס נפח מסוים, הוא גובל מבחוץ בתווך גזי - אוויר, קיטור או חומר אחר. לפיכך, הפרדת פאזות מתרחשת בנקודת המגע.
במקביל, המולקולות נוטות להקיף את עצמן בכמה שיותר חלקיקים ובכך להוביל, כביכול, לדחיסת הנוזל בכללותו. לכן, נראה שהמשטח נמתח. אותה תכונה יכולה גם להסביר את הצורה הכדורית של טיפות נוזלים בהיעדר כוח משיכה. אחרי הכל, צורה זו היא האידיאלית מנקודת המבט של האנרגיה של המולקולה. דוגמאות:
- בועות סבון;
- מים רותחים;
- טיפות נוזל בחוסר משקל.
חלק מהחרקים הסתגלו "ללכת" על פני המים בדיוק בגלל מתח פני השטח. דוגמאות: פסיעות מים, עופות מים, כמה גראבים.
צבע
ישנן תכונות נפוצות של נוזלים ומוצקים. אחד מהם הוא נזילות. כל ההבדל הוא שעבור הראשונים זה בלתי מוגבל. מהי המהות של פרמטר זה?
אם תפעיל כוח חיצוני על גוף נוזלי, הוא יתפצל לחלקים ויפריד אותם זה מזה, כלומר יזרום. במקרה זה, כל חלק ימלא שוב את כל נפח הכלי. עבור מוצקים, מאפיין זה מוגבל ותלוי בתנאים חיצוניים.
תלות המאפיינים בטמפרטורה
אלה כוללים שלושה פרמטרים המאפיינים את החומרים שאנו שוקלים:
- overheat;
- קירור;
- רותח.
תכונות כאלה של נוזלים כמו חימום-על והיפותרמיה קשורות ישירות לנקודות הרתיחה וההקפאה הקריטיות (נקודות), בהתאמה. נוזל שחומם יתר על המידה הוא נוזל שהתגבר על סף נקודת החימום הקריטית בחשיפה לטמפרטורה, אך לא הראה סימנים חיצוניים של רתיחה.
Supercooled, בהתאמה, נקראנוזל שעבר את סף נקודת המעבר הקריטית לשלב אחר בהשפעת טמפרטורות נמוכות, אך לא הפך למוצק.
במקרה הראשון והשני, ישנם תנאים לביטוי של מאפיינים כאלה.
- ללא השפעות מכניות על המערכת (תנועה, רטט).
- טמפרטורה אחידה, ללא קפיצות וירידות פתאומיות.
עובדה מעניינת היא שאם אתה זורק חפץ זר לנוזל שחומם במיוחד (לדוגמה, מים), הוא ירתח מיד. אתה יכול להשיג אותו על ידי חימום בהשפעת קרינה (בתנור מיקרוגל).
דו קיום עם שלבים אחרים של החומר
ישנן שתי אפשרויות לפרמטר זה.
- נוזל - גז. מערכות כאלה הן הנפוצות ביותר, שכן הן קיימות בכל מקום בטבע. אחרי הכל, אידוי המים הוא חלק מהמחזור הטבעי. במקרה זה, הקיטור שנוצר קיים בו זמנית עם מים נוזליים. אם מדברים על מערכת סגורה, אז גם שם מתרחש אידוי. רק שהקיטור הופך מהר מאוד לרווי וכל המערכת כולה מגיעה לשיווי משקל: נוזל - קיטור רווי.
- נוזל - מוצקים. במיוחד במערכות כאלה, בולט עוד תכונה אחת - הרטבה. באינטראקציה של מים ומוצק, ניתן להרטיב את האחרון לחלוטין, חלקי, או אפילו לדחות מים. ישנן תרכובות שמתמוססות במים במהירות ולמעשה ללא הגבלת זמן. יש כאלה שלא מסוגלים לזה בכלל (חלק מתכות, יהלומים ואחרות).
באופן כללי, הדיסציפלינה של הידרו-אירומכניקה עוסקת בחקר האינטראקציה של נוזלים עם תרכובות במצבי צבירה אחרים.
דחיסה
התכונות הבסיסיות של נוזל לא יהיו שלמות אם לא נזכיר דחיסה. כמובן, פרמטר זה אופייני יותר למערכות גז. עם זאת, ניתן לדחוס את אלה שאנו שוקלים גם בתנאים מסוימים.
ההבדל העיקרי הוא מהירות התהליך והאחידות שלו. בעוד שניתן לדחוס גז במהירות ובלחץ נמוך, נוזלים נדחסים בצורה לא אחידה, מספיק זמן ובתנאים שנבחרו במיוחד.
איידוי ועיבוי נוזלים
אלה עוד שתי תכונות של הנוזל. הפיזיקה נותנת להם את ההסברים הבאים:
- האידוי הוא התהליך המאפיין את המעבר ההדרגתי של חומר ממצב צבירה נוזלי למצב מוצק. זה קורה בהשפעת השפעות תרמיות על המערכת. מולקולות מתחילות לנוע, ומשנות את סריג הגביש שלהן, עוברות למצב גזי. התהליך יכול להימשך עד שכל הנוזל יהפוך לאדים (למערכות פתוחות). או עד שייווצר שיווי משקל (עבור כלים סגורים).
- עיבוי הוא תהליך הפוך לזה שצוין למעלה. כאן האדים עוברים למולקולות נוזליות. זה קורה עד שנוצר שיווי משקל או מעבר פאזה מלא. הקיטור משחרר יותר חלקיקים לתוך הנוזל מאשר לו.
דוגמאות אופייניות לשני התהליכים הללו בטבע הן אידוי המים מפני השטח של האוקיינוס העולמי, התעבותם באווירה עליונה ואז נשורת.
מאפיינים מכניים של נוזל
מאפיינים אלה הם נושא למחקר של מדע כמו הידרומכניקה. באופן ספציפי, החלק שלו, התיאוריה של מכניקת נוזלים וגזים. הפרמטרים המכניים העיקריים המאפיינים את מצב הצבירה הנחשב של חומרים כוללים:
- density;
- share;
- צמיגות.
תחת הצפיפות של גוף נוזל להבין את המסה שלו, הכלולה ביחידת נפח אחת. אינדיקטור זה משתנה עבור תרכובות שונות. על אינדיקטור זה כבר קיימים נתונים מחושבים ונמדדים בניסוי, המוזנים בטבלאות מיוחדות.
הכבידה הספציפית נחשבת למשקל של יחידת נפח אחת של נוזל. מחוון זה תלוי מאוד בטמפרטורה (כשהיא עולה, משקלו יורד).
למה ללמוד את התכונות המכניות של נוזלים? ידע זה חשוב להבנת התהליכים המתרחשים בטבע, בתוך גוף האדם. כמו כן בעת יצירת אמצעים טכניים, מוצרים שונים. אחרי הכל, חומרים נוזליים הם אחת מצורות הצבירה הנפוצות ביותר על הפלנטה שלנו.
נוזלים שאינם ניוטונים ותכונותיהם
התכונות של גזים, נוזלים, מוצקים הם מושא למחקר של פיזיקה, כמו גם כמה דיסציפלינות קשורות. עם זאת, בנוסף לחומרים נוזליים מסורתיים, ישנם גם מה שנקרא לא ניוטוני, שגם הם נחקרים על ידי מדע זה. מה הם ולמה הם קיבלומה הכותרת?
כדי להבין מהן התרכובות הללו, הנה הדוגמאות הנפוצות ביותר למשק הבית:
- "Slime" שיחק על ידי ילדים;
- "מסטיק ידיים", או מסטיק לידיים;
- צבע בנייה רגיל;
- תמיסת עמילן במים וכו'
כלומר, אלו נוזלים שצמיגותם מצייתת לשיפוע המהירות. ככל שההשפעה מהירה יותר, כך מדד הצמיגות גבוה יותר. לכן, כאשר מסטיק יד פוגע ברצפה במכה חדה, הוא הופך לחומר מוצק לחלוטין שיכול להישבר לחתיכות.
אם תשאירו אותו לבד, תוך כמה דקות הוא יתפשט לשלולית דביקה. נוזלים שאינם ניוטונים הם חומרים ייחודיים למדי מבחינת תכונותיהם, אשר שימשו לא רק למטרות טכניות, אלא גם למטרות תרבותיות ויומיומיות.
