Σκάλες. Ομάδα εισόδου. Υλικά. Πόρτες. Κάστρα Σχέδιο

Στάλα, σταγόνα... Άλλη μια σταγόνα μαζεύτηκε στο στόμιο της βρύσης, φούσκωσε και έπεσε κάτω. Αυτή η εικόνα είναι γνωστή σε όλους. Ή μια ζεστή καλοκαιρινή βροχή ποτίζει το χώμα που λαχταρά για υγρασία - και πάλι υπάρχουν σταγόνες. Γιατί πέφτει; Ποιος είναι ο λόγος εδώ; Είναι πολύ απλό: ο λόγος για αυτό είναι η επιφανειακή τάση του νερού.

Αυτή είναι μια από τις ιδιότητες του νερού ή, γενικότερα, όλων των υγρών. Όπως γνωρίζετε, το αέριο γεμίζει ολόκληρο τον όγκο στον οποίο εισέρχεται, αλλά το υγρό δεν μπορεί να το κάνει αυτό. Τα μόρια που βρίσκονται μέσα σε έναν όγκο νερού περιβάλλονται από τα ίδια μόρια σε όλες τις πλευρές. Αλλά αυτά που βρίσκονται στην επιφάνεια, στο όριο υγρού και αερίου, δεν επηρεάζονται από όλες τις πλευρές, αλλά μόνο από εκείνα τα μόρια που βρίσκονται μέσα στον όγκο, δεν επηρεάζονται από το αέριο.

Σε αυτή την περίπτωση, μια δύναμη θα ενεργήσει στην επιφάνεια του υγρού, κατευθυνόμενη κατά μήκος της κάθετα στο τμήμα της επιφάνειας στο οποίο δρα. Ως αποτέλεσμα αυτής της δύναμης, προκύπτει επιφανειακή τάση του νερού. Η εξωτερική του εκδήλωση θα είναι ο σχηματισμός κάτι σαν ένα αόρατο, ελαστικό φιλμ στη διεπαφή. Λόγω της επίδρασης της επιφανειακής τάσης, μια σταγόνα νερού θα πάρει το σχήμα σφαίρας ως σώμα που έχει τη μικρότερη επιφάνεια για έναν δεδομένο όγκο.

Τώρα μπορούμε να ορίσουμε ότι η επιφανειακή τάση είναι η εργασία που γίνεται για την αλλαγή της επιφάνειας ενός υγρού. Από την άλλη πλευρά, μπορεί να οριστεί ως η ενέργεια που απαιτείται για να σπάσει μια μονάδα επιφάνειας. Η επιφανειακή τάση είναι δυνατή στη διεπαφή υγρού και αερίου. Καθορίζεται από τη δύναμη που ενεργεί μεταξύ των μορίων, και επομένως είναι υπεύθυνη για την πτητότητα (εξάτμιση). Όσο χαμηλότερη είναι η επιφανειακή τάση, τόσο πιο πτητικό θα είναι το υγρό.

Μπορείτε να προσδιορίσετε με τι ισούται ο τύπος για τον υπολογισμό του περιλαμβάνει την επιφάνεια και Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, ο συντελεστής δεν εξαρτάται από το σχήμα και το μέγεθος της επιφάνειας, αλλά καθορίζεται από την ισχύ της διαμοριακής αλληλεπίδρασης, δηλ. είδος υγρού. Για διαφορετικά υγρά η τιμή του θα είναι διαφορετική.

Η επιφανειακή τάση του νερού μπορεί να αλλάξει. Αυτό επιτυγχάνεται με θέρμανση, προσθήκη βιολογικά δραστικών ουσιών - όπως σαπούνι, σκόνη, πάστα. Η αξία του εξαρτάται από τον βαθμό καθαρότητας του νερού. Όσο πιο καθαρό είναι το νερό, τόσο μεγαλύτερη είναι η επιφανειακή τάση και η αξία του είναι δεύτερη μετά τον υδράργυρο.

Ένα περίεργο αποτέλεσμα παρατηρείται όταν ένα υγρό έρχεται σε επαφή τόσο με ένα στερεό όσο και με ένα αέριο. Αν απλώσουμε μια σταγόνα νερού στην επιφάνεια της παραφίνης, θα πάρει το σχήμα μπάλας. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι οι δυνάμεις που δρουν μεταξύ της παραφίνης και της σταγόνας είναι μικρότερες από την αλληλεπίδραση μεταξύ τους, με αποτέλεσμα να εμφανίζεται μια μπάλα. Όταν οι δυνάμεις που δρουν μεταξύ της επιφάνειας και της σταγόνας είναι μεγαλύτερες από τις δυνάμεις της διαμοριακής αλληλεπίδρασης, το νερό θα εξαπλωθεί ομοιόμορφα στην επιφάνεια. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται διαβροχή.

Το φαινόμενο διαβρεξιμότητας μπορεί σε κάποιο βαθμό να χαρακτηρίσει τον βαθμό καθαρότητας της επιφάνειας. Σε μια καθαρή επιφάνεια, η σταγόνα απλώνεται ομοιόμορφα και εάν η επιφάνεια είναι βρώμικη ή καλυμμένη με ουσία που δεν βρέχεται από το νερό, η τελευταία μαζεύεται σε μπαλάκια.

Ένα παράδειγμα χρήσης της επιφανειακής τάσης στη βιομηχανία είναι η χύτευση σφαιρικών μερών, όπως πέλλετ κυνηγετικών όπλων. Οι σταγόνες λιωμένου μετάλλου απλώς παγώνουν εν κινήσει, παίρνοντας ένα σφαιρικό σχήμα.

Η επιφανειακή τάση του νερού, όπως κάθε άλλο υγρό, είναι μια από τις σημαντικές παραμέτρους του. Καθορίζει ορισμένα χαρακτηριστικά του υγρού, όπως πτητικότητα (εξάτμιση) και διαβρεξιμότητα. Η τιμή του εξαρτάται μόνο από τις παραμέτρους της διαμοριακής αλληλεπίδρασης.

Η επιφανειακή τάση περιγράφει την ικανότητα ενός υγρού να αντιστέκεται στη βαρύτητα. Για παράδειγμα, το νερό σε μια επιφάνεια τραπεζιού σχηματίζει σταγονίδια επειδή τα μόρια του νερού έλκονται μεταξύ τους, γεγονός που εξουδετερώνει τη δύναμη της βαρύτητας. Είναι χάρη στην επιφανειακή τάση που βαρύτερα αντικείμενα, όπως τα έντομα, μπορούν να συγκρατηθούν στην επιφάνεια του νερού. Η επιφανειακή τάση μετράται σε δύναμη (N) διαιρούμενη με τη μονάδα μήκους (m) ή την ποσότητα ενέργειας ανά μονάδα επιφάνειας. Η δύναμη με την οποία αλληλεπιδρούν τα μόρια του νερού (συνεκτική δύναμη) προκαλεί ένταση, με αποτέλεσμα το σχηματισμό σταγονιδίων νερού (ή άλλων υγρών). Η επιφανειακή τάση μπορεί να μετρηθεί χρησιμοποιώντας μερικά απλά στοιχεία που βρίσκονται σχεδόν σε κάθε σπίτι και μια αριθμομηχανή.

Βήματα

Χρησιμοποιώντας ένα rocker

Γράψτε την εξίσωση για την επιφανειακή τάση.Σε αυτό το πείραμα, η εξίσωση για τον προσδιορισμό της επιφανειακής τάσης είναι η εξής: F = 2Sd, Πού φά- δύναμη σε νεύτονα (N), μικρό- επιφανειακή τάση σε Newton ανά μέτρο (N/m), ρε- μήκος της βελόνας που χρησιμοποιήθηκε στο πείραμα. Ας εκφράσουμε την επιφανειακή τάση από αυτή την εξίσωση: S = F/2d.

• Η δύναμη θα υπολογιστεί στο τέλος του πειράματος.
• Πριν ξεκινήσετε το πείραμα, χρησιμοποιήστε έναν χάρακα για να μετρήσετε το μήκος της βελόνας σε μέτρα.

1. Κατασκευάστε ένα μικρό βραχίονα.Αυτό το πείραμα χρησιμοποιεί έναν βραχίονα και μια μικρή βελόνα που επιπλέει στην επιφάνεια του νερού για να καθορίσει την επιφανειακή τάση. Είναι απαραίτητο να εξετάσετε προσεκτικά την κατασκευή του rocker, καθώς η ακρίβεια του αποτελέσματος εξαρτάται από αυτό. Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε διάφορα υλικά, το κύριο πράγμα είναι να φτιάξετε μια οριζόντια εγκάρσια ράβδο από κάτι σκληρό: ξύλο, πλαστικό ή χοντρό χαρτόνι.

   • Εντοπίστε το κέντρο της ράβδου (όπως ένα καλαμάκι ή πλαστικό χάρακα) που σκοπεύετε να χρησιμοποιήσετε ως εγκάρσια ράβδο και ανοίξτε ή ανοίξτε μια τρύπα σε αυτή τη θέση. αυτό θα είναι το υπομόχλιο της εγκάρσιας ράβδου πάνω στην οποία θα περιστρέφεται ελεύθερα. Εάν χρησιμοποιείτε πλαστικό καλαμάκι, απλώς τρυπήστε το με μια καρφίτσα ή ένα καρφί.
   • Ανοίξτε ή ανοίξτε τρύπες στα άκρα της εγκάρσιας ράβδου έτσι ώστε να βρίσκονται στην ίδια απόσταση από το κέντρο. Περάστε κλωστές μέσα από τις τρύπες για να κρεμάσετε το κύπελλο και τη βελόνα.
   • Εάν είναι απαραίτητο, στηρίξτε τον βραχίονα του βραχίονα με βιβλία ή άλλα αρκετά σκληρά αντικείμενα ώστε να διατηρείται οριζόντια η εγκάρσια ράβδος. Είναι απαραίτητο η εγκάρσια ράβδος να περιστρέφεται ελεύθερα γύρω από ένα καρφί ή ράβδο που έχει εισαχθεί στη μέση της.

2. Πάρτε ένα κομμάτι αλουμινόχαρτο και τυλίξτε το σε σχήμα κουτιού ή πιατιού.Δεν είναι καθόλου απαραίτητο αυτό το πιατάκι να έχει το σωστό τετράγωνο ή στρογγυλό σχήμα. Θα το γεμίσετε με νερό ή άλλο βάρος, οπότε βεβαιωθείτε ότι μπορεί να αντέξει το βάρος.

   • Κρεμάστε ένα αλουμινόχαρτο ή ένα πιατάκι από τη μία άκρη της ράβδου. Κάντε μικρές τρύπες κατά μήκος των άκρων του πιατιού και περάστε μια κλωστή από μέσα τους έτσι ώστε το πιατάκι να κρέμεται στην εγκάρσια ράβδο.

3. Κρεμάστε μια βελόνα ή συνδετήρα από το άλλο άκρο της ράβδου έτσι ώστε να είναι οριζόντια.Δέστε μια βελόνα ή ένα συνδετήρα οριζόντια στο νήμα που κρέμεται από την άλλη άκρη της εγκάρσιας ράβδου. Για να είναι επιτυχές το πείραμα, είναι απαραίτητο να τοποθετήσετε τη βελόνα ή τον συνδετήρα ακριβώς οριζόντια.

4. Τοποθετήστε κάτι, όπως ζύμη παιχνιδιού, στη μπάρα για να ισορροπήσει το δοχείο από αλουμινόχαρτο.

   • Πριν ξεκινήσετε το πείραμα, είναι απαραίτητο να βεβαιωθείτε ότι η εγκάρσια μπάρα είναι οριζόντια. Το πιατάκι από αλουμινόχαρτο είναι βαρύτερο από τη βελόνα, οπότε στο πλάι η εγκάρσια μπάρα θα κατέβει. Συνδέστε αρκετή πλαστελίνη στην αντίθετη πλευρά της εγκάρσιας ράβδου έτσι ώστε να είναι οριζόντια.

5. Αυτό ονομάζεται εξισορρόπηση.Τοποθετήστε μια βελόνα ή ένα συνδετήρα που κρέμεται από μια κλωστή σε ένα δοχείο με νερό.

   • Αυτό το βήμα θα απαιτήσει επιπλέον προσπάθεια για να τοποθετήσετε τη βελόνα στην επιφάνεια του νερού. Βεβαιωθείτε ότι η βελόνα δεν βυθίζεται στο νερό. Γεμίστε ένα δοχείο με νερό (ή άλλο υγρό με άγνωστη επιφανειακή τάση) και τοποθετήστε το κάτω από την κρεμαστή βελόνα, έτσι ώστε η βελόνα να βρίσκεται απευθείας στην επιφάνεια του υγρού.

6. Βεβαιωθείτε ότι το σχοινί που συγκρατεί τη βελόνα παραμένει στη θέση του και είναι αρκετά τεντωμένο.Ζυγίστε μερικές καρφίτσες ή μια μικρή ποσότητα μετρούμενων σταγόνων νερού σε μικρή κλίμακα.

   • Θα προσθέσετε μια καρφίτσα ή μια σταγόνα νερό στο αλουμινένιο πιατάκι στον βραχίονα. Σε αυτή την περίπτωση, είναι απαραίτητο να γνωρίζουμε το ακριβές βάρος με το οποίο η βελόνα θα ξεκολλήσει από την επιφάνεια του νερού.
   • Μετρήστε τον αριθμό των καρφίδων ή των σταγόνων νερού και ζυγίστε τις.
   • Προσδιορίστε το βάρος μιας καρφίτσας ή μιας σταγόνας νερού. Για να το κάνετε αυτό, διαιρέστε το συνολικό βάρος με τον αριθμό των καρφίδων ή των σταγόνων.

7. Ας πούμε ότι 30 καρφίτσες ζυγίζουν 15 γραμμάρια, μετά 15/30 = 0,5, δηλαδή μια καρφίτσα ζυγίζει 0,5 γραμμάρια.

   • Προσθέστε καρφίτσες ή σταγόνες νερό, μία κάθε φορά, στο πιατάκι με αλουμινόχαρτο μέχρι να σηκωθεί η καρφίτσα από την επιφάνεια του νερού.
   • Προσθέστε σταδιακά μία καρφίτσα ή σταγόνα νερό τη φορά. Παρακολουθήστε τη βελόνα προσεκτικά για να μην χάσετε τη στιγμή που, μετά την επόμενη αύξηση του φορτίου, βγαίνει από το νερό. Μόλις η βελόνα φύγει από την επιφάνεια του υγρού, σταματήστε να προσθέτετε καρφίτσες ή σταγόνες νερού.
   • Μετρήστε τον αριθμό των καρφίδων ή των σταγόνων νερού πριν η βελόνα στο αντίθετο άκρο της ράβδου ξεκολλήσει από την επιφάνεια του νερού.
   • Καταγράψτε το αποτέλεσμα.

8. Επαναλάβετε το πείραμα αρκετές (5 ή 6) φορές για να έχετε πιο ακριβή αποτελέσματα.Για να το κάνετε αυτό, πολλαπλασιάστε τον αριθμό των γραμμαρίων με 0,00981 N/g. Για να υπολογίσετε την επιφανειακή τάση, πρέπει να γνωρίζετε τη δύναμη που απαιτήθηκε για την ανύψωση της βελόνας από την επιφάνεια του νερού. Εφόσον υπολογίσατε το βάρος των ακίδων στο προηγούμενο βήμα, για να προσδιορίσετε τη δύναμη, απλώς πολλαπλασιάστε αυτό το βάρος με 0,00981 N/g.

   • Πολλαπλασιάστε τον αριθμό των καρφίδων που τοποθετήθηκαν στο πιατάκι με το βάρος μιας καρφίτσας. Για παράδειγμα, αν βάλετε 5 καρφίτσες βάρους 0,5 γραμμαρίων, το συνολικό τους βάρος θα είναι 0,5 g/pin = 5 x 0,5 = 2,5 γραμμάρια.
   • Πολλαπλασιάστε τον αριθμό των γραμμαρίων με τον παράγοντα 0,00981 N/g: 2,5 x 0,00981 = 0,025 N.

9. Αντικαταστήστε τις προκύπτουσες τιμές στην εξίσωση και βρείτε την επιθυμητή τιμή.Χρησιμοποιώντας τα αποτελέσματα που ελήφθησαν κατά τη διάρκεια του πειράματος, μπορεί να προσδιοριστεί η επιφανειακή τάση. Απλώς συνδέστε τις τιμές που βρέθηκαν και υπολογίστε το αποτέλεσμα.

   • Ας πούμε ότι στο παραπάνω παράδειγμα, το μήκος της βελόνας είναι 0,025 μέτρα. Αντικαθιστούμε τις τιμές στην εξίσωση και παίρνουμε: S = F/2d = 0,025 N/(2 x 0,025) = 0,05 N/m. Έτσι, η επιφανειακή τάση του υγρού είναι 0,05 N/m.

Το υγρό είναι μια κατάσταση συσσωμάτωσης μιας ουσίας, ενδιάμεσης μεταξύ αερίου και στερεού, επομένως έχει τις ιδιότητες τόσο των αέριων όσο και των στερεών ουσιών. Τα υγρά, όπως και τα στερεά, έχουν ορισμένο όγκο και όπως τα αέρια παίρνουν το σχήμα του δοχείου στο οποίο βρίσκονται. Τα μόρια αερίου πρακτικά δεν συνδέονται μεταξύ τους με δυνάμεις διαμοριακής αλληλεπίδρασης. Σε αυτή την περίπτωση, η μέση ενέργεια της θερμικής κίνησης των μορίων αερίου είναι πολύ μεγαλύτερη από τη μέση δυναμική ενέργεια που προκαλείται από τις δυνάμεις έλξης μεταξύ τους, έτσι τα μόρια του αερίου διαχωρίζονται σε διαφορετικές κατευθύνσεις και το αέριο καταλαμβάνει ολόκληρο τον όγκο που του παρέχεται .

Στα στερεά και τα υγρά, οι δυνάμεις έλξης μεταξύ των μορίων είναι ήδη σημαντικές και διατηρούν τα μόρια σε μια ορισμένη απόσταση μεταξύ τους. Σε αυτή την περίπτωση, η μέση ενέργεια της χαοτικής θερμικής κίνησης των μορίων είναι μικρότερη από τη μέση δυναμική ενέργεια λόγω των δυνάμεων της διαμοριακής αλληλεπίδρασης και δεν αρκεί για να υπερνικηθούν οι δυνάμεις έλξης μεταξύ των μορίων, επομένως τα στερεά και τα υγρά έχουν μια ορισμένη τόμος.

Η ανάλυση περίθλασης ακτίνων Χ υγρών έδειξε ότι η φύση της διάταξης των υγρών σωματιδίων είναι ενδιάμεση μεταξύ ενός αερίου και ενός στερεού. Στα αέρια, τα μόρια κινούνται χαοτικά, επομένως δεν υπάρχει σχέδιο στη σχετική τους διάταξη. Για τα στερεά, τα λεγόμενα παραγγελία μεγάλης εμβέλειαςστη διάταξη των σωματιδίων, δηλ. διατεταγμένη διάταξη τους, επαναλαμβανόμενη σε μεγάλες αποστάσεις. Στα υγρά υπάρχει το λεγόμενο κλείσιμο παραγγελίαςστη διάταξη των σωματιδίων, δηλ. η διατεταγμένη τους διάταξη, επαναλαμβανόμενη σε αποστάσεις συγκρίσιμες με τις διατομικές.

Η θεωρία των υγρών δεν έχει ακόμη αναπτυχθεί πλήρως. Η θερμική κίνηση σε ένα υγρό εξηγείται από το γεγονός ότι κάθε μόριο ταλαντώνεται για κάποιο χρονικό διάστημα γύρω από μια ορισμένη θέση ισορροπίας, μετά την οποία μετακινείται απότομα σε μια νέα θέση, χωρισμένη από την αρχική σε απόσταση της τάξης της διατομικής. Έτσι, τα μόρια του υγρού κινούνται μάλλον αργά σε όλη τη μάζα του υγρού και η διάχυση γίνεται πολύ πιο αργά από ότι στα αέρια. Με την αύξηση της θερμοκρασίας του υγρού, η συχνότητα της κίνησης δόνησης αυξάνεται απότομα, η κινητικότητα των μορίων αυξάνεται, γεγονός που προκαλεί μείωση του ιξώδους του υγρού.

Κάθε μόριο ενός υγρού υπόκειται σε ελκτικές δυνάμεις από τα γύρω μόρια, οι οποίες μειώνονται γρήγορα με την απόσταση, επομένως, ξεκινώντας από μια ορισμένη ελάχιστη απόσταση, οι δυνάμεις έλξης μεταξύ των μορίων μπορούν να παραβλεφθούν. Αυτή η απόσταση (περίπου 10 -9 m) ονομάζεται ακτίνα μοριακής δράσης r , και η σφαίρα της ακτίνας r-σφαίρα μοριακής δράσης.

Ας απομονώσουμε ένα μόριο μέσα στο υγρό ΕΝΑκαι σχεδιάστε μια σφαίρα ακτίνας γύρω της r(Εικ. 10.1). Αρκεί, σύμφωνα με τον ορισμό, να ληφθεί υπόψη η επίδραση σε ένα δεδομένο μόριο μόνο εκείνων των μορίων που βρίσκονται μέσα στη σφαίρα

Εικ. 10.1. μοριακή δράση. Οι δυνάμεις με τις οποίες αυτά τα μόρια δρουν στο μόριο ΕΝΑ,κατευθύνονται σε διαφορετικές κατευθύνσεις και αντισταθμίζονται κατά μέσο όρο, επομένως η προκύπτουσα δύναμη που επενεργεί σε ένα μόριο μέσα στο υγρό από άλλα μόρια είναι μηδέν. Η κατάσταση είναι διαφορετική αν το μόριο, π.χ. ΣΕ,βρίσκεται από την επιφάνεια σε απόσταση μικρότερη από r.Σε αυτή την περίπτωση, η σφαίρα μοριακής δράσης βρίσκεται μόνο εν μέρει μέσα στο υγρό. Δεδομένου ότι η συγκέντρωση των μορίων στο αέριο που βρίσκεται πάνω από το υγρό είναι μικρή σε σύγκριση με τη συγκέντρωσή τους στο υγρό, η προκύπτουσα δύναμη φά, που εφαρμόζεται σε κάθε μόριο της επιφανειακής στιβάδας, δεν ισούται με μηδέν και κατευθύνεται στο υγρό. Έτσι, οι δυνάμεις που προκύπτουν όλων των μορίων του επιφανειακού στρώματος ασκούν πίεση στο υγρό, που ονομάζεται μοριακός(ή εσωτερικός).Η μοριακή πίεση δεν δρα σε ένα σώμα που βρίσκεται σε ένα υγρό, καθώς προκαλείται από δυνάμεις που δρουν μόνο μεταξύ των μορίων του ίδιου του υγρού.

Η συνολική ενέργεια των υγρών σωματιδίων αποτελείται από την ενέργεια της χαοτικής θερμικής τους κίνησης και τη δυναμική ενέργεια που οφείλεται στις δυνάμεις της διαμοριακής αλληλεπίδρασης. Για να μετακινήσετε ένα μόριο από τα βάθη του υγρού στο επιφανειακό στρώμα, πρέπει να δαπανηθεί εργασία. Αυτή η εργασία γίνεται λόγω της κινητικής ενέργειας των μορίων και πηγαίνει στην αύξηση της δυναμικής τους ενέργειας. Επομένως, τα μόρια στο επιφανειακό στρώμα ενός υγρού έχουν μεγαλύτερη δυναμική ενέργεια από τα μόρια μέσα στο υγρό. Αυτή η πρόσθετη ενέργεια που κατέχουν τα μόρια στο επιφανειακό στρώμα ενός υγρού, που ονομάζεται επιφανειακή ενέργεια,ανάλογη με την επιφάνεια του στρώματος Δ μικρό:

Δ W=σ Δ μικρό,(10.1)

Οπου σ – συντελεστής επιφανειακής τάσης, ορίζεται ως η επιφανειακή ενεργειακή πυκνότητα.

Δεδομένου ότι η κατάσταση ισορροπίας χαρακτηρίζεται από μια ελάχιστη δυναμική ενέργεια, το υγρό, απουσία εξωτερικών δυνάμεων, θα πάρει τέτοιο σχήμα ώστε για έναν δεδομένο όγκο να έχει μια ελάχιστη επιφάνεια, δηλ. σχήμα μπάλας. Παρατηρώντας τα μικρότερα σταγονίδια που αιωρούνται στον αέρα, μπορούμε να δούμε ότι έχουν πραγματικά το σχήμα μπάλες, αλλά κάπως παραμορφωμένα λόγω της δράσης της βαρύτητας. Σε συνθήκες έλλειψης βαρύτητας, μια σταγόνα οποιουδήποτε υγρού (ανεξαρτήτως μεγέθους) έχει σφαιρικό σχήμα, κάτι που έχει αποδειχθεί πειραματικά σε διαστημόπλοια.

Άρα, προϋπόθεση για σταθερή ισορροπία ενός υγρού είναι η ελάχιστη επιφανειακή ενέργεια. Αυτό σημαίνει ότι ένα υγρό για έναν δεδομένο όγκο θα πρέπει να έχει τη μικρότερη επιφάνεια, δηλ. το υγρό τείνει να μειώσει την ελεύθερη επιφάνεια. Σε αυτή την περίπτωση, το επιφανειακό στρώμα του υγρού μπορεί να παρομοιαστεί με ένα τεντωμένο ελαστικό φιλμ στο οποίο δρουν δυνάμεις τάσης.

Ας εξετάσουμε την επιφάνεια ενός υγρού που οριοθετείται από ένα κλειστό περίγραμμα. Υπό την επίδραση των δυνάμεων επιφανειακής τάσης (κατευθύνονται εφαπτομενικά στην επιφάνεια του υγρού και κάθετα στο τμήμα του περιγράμματος στο οποίο δρουν), η επιφάνεια του υγρού συσπάστηκε και το εν λόγω περίγραμμα μετακινήθηκε. Οι δυνάμεις που δρουν από την επιλεγμένη περιοχή στις περιοχές που συνορεύουν με αυτήν λειτουργούν:

Δ Α=στΔ μεγάλοΔ x,

Οπου f=F/Δ l -δύναμη επιφανειακής τάσης, που ενεργεί ανά μονάδα μήκους του περιγράμματος της επιφάνειας του υγρού. Είναι σαφές ότι ο Δ μεγάλοΔ x= Δ μικρό, εκείνοι.

Δ A=fΔS.

Αυτή η εργασία γίνεται με τη μείωση της επιφανειακής ενέργειας, δηλ.

Δ Α =Δ W.

Από μια σύγκριση εκφράσεων είναι σαφές ότι

δηλαδή ο συντελεστής επιφανειακής τάσης σ είναι ίσος με τη δύναμη επιφανειακής τάσης ανά μονάδα μήκους του περιγράμματος που οριοθετεί την επιφάνεια. Η μονάδα επιφανειακής τάσης είναι το newton ανά μέτρο (N/m) ή το joule ανά τετραγωνικό μέτρο (J/m2). Τα περισσότερα υγρά σε θερμοκρασία 300K έχουν επιφανειακή τάση της τάξης των 10 -2 –10 -1 N/m. Η επιφανειακή τάση μειώνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας, καθώς αυξάνονται οι μέσες αποστάσεις μεταξύ των μορίων του υγρού.

Η επιφανειακή τάση εξαρτάται σημαντικά από τις ακαθαρσίες που υπάρχουν στα υγρά , Τα υγρά που εξασθενούν την επιφανειακή τάση ονομάζονται τασιενεργά (επιφανειοδραστικά).Το πιο γνωστό επιφανειοδραστικό σε σχέση με το νερό είναι το σαπούνι. Μειώνει πολύ την επιφανειακή του τάση (από περίπου 7,5 10 -2 έως 4,5·10 -2 N/m). Τασιενεργά που μειώνουν την επιφανειακή τάση του νερού είναι επίσης αλκοόλες, αιθέρες, λάδι κ.λπ.

Υπάρχουν ουσίες (ζάχαρη, αλάτι) που αυξάνουν την επιφανειακή τάση ενός υγρού λόγω του γεγονότος ότι τα μόριά τους αλληλεπιδρούν με μόρια υγρού πιο έντονα από ότι τα μόρια υγρού αλληλεπιδρούν μεταξύ τους.

Στην κατασκευή, τα επιφανειοδραστικά χρησιμοποιούνται για την παρασκευή διαλυμάτων που χρησιμοποιούνται στην επεξεργασία εξαρτημάτων και κατασκευών που λειτουργούν σε δυσμενείς ατμοσφαιρικές συνθήκες (υψηλή υγρασία, υψηλές θερμοκρασίες, έκθεση στην ηλιακή ακτινοβολία κ.λπ.).

Φαινόμενο διαβροχής

Είναι γνωστό από την πράξη ότι μια σταγόνα νερού απλώνεται στο γυαλί και παίρνει το σχήμα που φαίνεται στο Σχ. 10.2, ενώ ο υδράργυρος στην ίδια επιφάνεια μετατρέπεται σε μια ελαφρώς πεπλατυσμένη σταγόνα. Στην πρώτη περίπτωση λένε ότι το υγρό βρέχεταισκληρή επιφάνεια, στη δεύτερη - δεν βρέχεταιαυτήν. Η διαβροχή εξαρτάται από τη φύση των δυνάμεων που δρουν μεταξύ των μορίων των επιφανειακών στρωμάτων των μέσων επαφής. Για ένα υγρό διαβροχής, η δύναμη έλξης μεταξύ των μορίων του υγρού και του στερεού είναι μεγαλύτερη από ό,τι μεταξύ των μορίων του ίδιου του υγρού και το υγρό τείνει να αυξάνεται

επιφάνεια επαφής με στερεό σώμα. Για ένα μη διαβρέχον υγρό, η δύναμη έλξης μεταξύ των μορίων του υγρού και του στερεού είναι μικρότερη από ότι μεταξύ των μορίων του υγρού και το υγρό τείνει να μειώσει την επιφάνεια της επαφής του με το στερεό.

Τρεις δυνάμεις επιφανειακής τάσης εφαρμόζονται στη γραμμή επαφής των τριών μέσων (σημείο 0 είναι η τομή του με το επίπεδο του σχεδίου), οι οποίες κατευθύνονται εφαπτομενικά εντός της επιφάνειας επαφής των αντίστοιχων δύο μέσων. Αυτές οι δυνάμεις, ανά μονάδα μήκους της γραμμής επαφής, είναι ίσες με τις αντίστοιχες επιφανειακές τάσεις σ 12 , σ 13 , σ 23 . Γωνία θ μεταξύ εφαπτομένων στην επιφάνεια ενός υγρού και ενός στερεού ονομάζεται γωνία άκρης.Η προϋπόθεση για την ισορροπία μιας πτώσης είναι ότι το άθροισμα των προεξοχών των δυνάμεων επιφανειακής τάσης στην κατεύθυνση της εφαπτομένης στην επιφάνεια του στερεού σώματος είναι ίσο με μηδέν, δηλ.

–σ 13 + σ 12 + σ 23 κοσ θ =0 (10.2)

συν θ =(σ 13 - σ 12)/σ 23 . (10.3)

Από την προϋπόθεση ότι η γωνία επαφής μπορεί να είναι οξεία ή αμβλεία ανάλογα με τις τιμές σ 13 και σ 12. Αν σ 13 >σ 12 τότε συν θ >0 και γωνία θ πικάντικο, δηλ. υγρό βρέχει μια στερεή επιφάνεια. Αν σ 13 <σ 12 τότε συν θ <0 и угол θ – θαμπό, δηλαδή το υγρό δεν βρέχει τη στερεή επιφάνεια.

Η γωνία επαφής ικανοποιεί την προϋπόθεση (10.3) εάν

(σ 13 - σ 12)/σ 23 ≤1.

Εάν δεν πληρούται η προϋπόθεση, τότε μια σταγόνα υγρού σε οποιαδήποτε τιμή θ δεν μπορεί να είναι σε ισορροπία. Αν σ 13 >σ 12 +σ 23, τότε το υγρό απλώνεται στην επιφάνεια του στερεού, καλύπτοντάς το με μια λεπτή μεμβράνη (για παράδειγμα, κηροζίνη στην επιφάνεια του γυαλιού), – αυτό συμβαίνει πλήρη διαβροχή(στην προκειμένη περίπτωση θ =0).

Αν σ 12 >σ 13 +σ 23, τότε το υγρό συστέλλεται σε μια σφαιρική σταγόνα, στο όριο που έχει μόνο ένα σημείο επαφής με αυτό (για παράδειγμα, μια σταγόνα νερού στην επιφάνεια της παραφίνης), - πλήρης μη διαβροχή(στην προκειμένη περίπτωση θ =π).

Η διαβροχή και η μη διαβροχή είναι σχετικές έννοιες, δηλ. ένα υγρό που βρέχει μια στερεή επιφάνεια δεν βρέχει μια άλλη. Για παράδειγμα, το νερό βρέχει το γυαλί, αλλά δεν βρέχει την παραφίνη. Ο υδράργυρος δεν βρέχει το γυαλί, αλλά καθαρίζει τις μεταλλικές επιφάνειες.

Τα φαινόμενα διαβροχής και μη διαβροχής έχουν μεγάλη σημασία στην τεχνολογία. Για παράδειγμα, στη μέθοδο της επίπλευσης εμπλουτισμού του μεταλλεύματος (διαχωρισμός του μεταλλεύματος από το απόβλητο πέτρωμα), αυτό, λεπτώς θρυμματισμένο, ανακινείται σε ένα υγρό που βρέχει το απόβλητο πέτρωμα και δεν βρέχει το μετάλλευμα. Μέσα από αυτό το μείγμα διοχετεύεται αέρας και στη συνέχεια κατακάθεται. Σε αυτή την περίπτωση, τα σωματίδια βράχου που έχουν υγρανθεί με υγρό βυθίζονται στον πυθμένα και οι κόκκοι ορυκτών «κολλούν» στις φυσαλίδες αέρα και επιπλέουν στην επιφάνεια του υγρού. Κατά την κατεργασία μετάλλων, υγραίνονται με ειδικά υγρά, τα οποία διευκολύνουν και επιταχύνουν την επεξεργασία της επιφάνειας.

Στην οικοδομή το φαινόμενο της διαβροχής είναι σημαντικό για την παρασκευή υγρών μειγμάτων (στόκος, στόκος, κονιάματα πλινθοδομής και προετοιμασίας σκυροδέματος). Είναι απαραίτητο αυτά τα υγρά μείγματα να βρέχουν καλά τις επιφάνειες των κτιριακών κατασκευών στις οποίες εφαρμόζονται. Κατά την επιλογή των συστατικών του μείγματος, λαμβάνονται υπόψη όχι μόνο οι γωνίες επαφής για ζεύγη μείγματος-επιφάνειας, αλλά και οι επιφανειοδραστικές ιδιότητες των υγρών συστατικών.

"Συναντήσαμε ένα τέτοιο φαινόμενο όπως μια σταγόνα νερού (στα άρθρα "Μια σταγόνα νερού - όπως είναι" και "Πόσο ζυγίζει μια σταγόνα νερού"). Η επιφανειακή τάση είναι υπεύθυνη για το σφαιρικό σχήμα του νερού. Ας προσπαθήσουμε να μιλήσουμε για τα φίλτρα νερού σήμερα, επιφανειακή ένταση και υγεία. Ας δούμε αν υπάρχει κάποια σημαντική (ή χρήσιμη) σχέση εδώ. Και ταυτόχρονα θα παρακολουθήσουμε ένα βίντεο με νερό σε μηδενική βαρύτητα.

Η επιφανειακή τάση του νερού και η υγεία σπάνια πάνε μαζί. Συνήθως υπάρχουν «ορυκτά και υγεία», «ζωντανό και νεκρό νερό», «και», «δυναμικό οξείδωσης-μείωσης και υγεία» και ούτω καθεξής. Κάτι που κατά τη γνώμη μας είναι λίγο περίεργο :)

Υπάρχει μια άποψη: η μειωμένη επιφανειακή τάση του νερού έχει χειρότερη (καλύτερη) επίδραση στον άνθρωπο. Και ο λόγος είναι τα φίλτρα νερού. Γιατί το αλλάζουν.

Η ένταση είναι η εφαρμογή δύναμης σε κάτι σε διαφορετικές κατευθύνσεις. Για παράδειγμα, δέκα άτομα τραβούν ένα σεντόνι προς διαφορετικές κατευθύνσεις. Η τάση του φύλλου αυξάνεται. Μπορείτε ακόμη και να προσπαθήσετε να πηδήξετε σε ένα σεντόνι από ύψος και να μην χτυπήσετε τον εαυτό σας πολύ δυνατά :)

Επιφανειακή τάση του νερού - δυνάμεις τραβούν την επιφάνεια σε διαφορετικές κατευθύνσεις.

Αποδεικνύεται ότι η επιφάνεια του νερού είναι τεντωμένη; Λόγω του τι τεντώνεται, τι, ας πούμε, "τραβάει το σεντόνι"; Λόγω της δομής του μορίου του νερού. Όπως θυμάστε, ένα μόριο νερού έχει θετικούς και αρνητικούς πόλους. Τα οποία σχηματίζουν δεσμούς υδρογόνου μεταξύ τους.

Στον όγκο του υγρού, τα μόρια έλκονται από παντού, οι δυνάμεις έλξης εξισορροπούνται. Αλλά επιφανειακά, η ένταση προέρχεται μόνο από «κάτω». Οι δυνάμεις δεν είναι ισορροπημένες, η επιφάνεια τραβάει μόνη της. Και όταν η βαρύτητα δεν παρεμβαίνει σε αυτό (για παράδειγμα, σε μηδενική βαρύτητα), αυτή η δύναμη επιτυγχάνει τον στόχο της, το νερό σε μηδενική βαρύτητα μετατρέπεται σε μπάλα.

Διαφορετικά: τα μόρια στο οριακό στρώμα, σε αντίθεση με τα μόρια στο βάθος του, περιβάλλονται μόνο κατά το ήμισυ. Οι δεσμοί υδρογόνου τους τραβούν προς τα μέσα και σφίγγουν την επιφάνεια. Θα ήταν περίπου το ίδιο αν οι 10 άνθρωποι μας τυλίγονταν σε ένα σεντόνι και το τραβούσαν μέσα με όλη τους τη δύναμη. Θα σχημάτιζαν κάτι σαν μπάλα. Αλλά ανάμεσα στους ανθρώπους υπάρχουν κενά όπου χωράει ένα σεντόνι. Όμως το νερό δεν έχει κενά. Έτσι παίρνουμε την τέλεια μπάλα :)

Αν σκάψουμε πολύ βαθιά: εάν ένα μόριο μετακινηθεί από την επιφάνεια στο υγρό, οι δυνάμεις της διαμοριακής αλληλεπίδρασης θα κάνουν θετική εργασία. Αντίθετα, για να τραβήξετε έναν ορισμένο αριθμό μορίων από τα βάθη του υγρού στην επιφάνεια (δηλαδή για να αυξήσετε την επιφάνεια του υγρού), είναι απαραίτητο να ξοδέψετε θετικό έργο εξωτερικών δυνάμεων, ανάλογες στην αλλαγή της επιφάνειας. Άρα, η δύναμη της επιφανειακής τάσης είναι ίση με τη δύναμη που πρέπει να ασκηθεί για να αυξηθεί η επιφάνεια ανά μονάδα επιφάνειας. Για αναφορά: η επιφανειακή τάση του νερού είναι 0,07286 N/m.

Παραδείγματα επιφανειακής τάσης από τη Wikipedia:

1. Σε μηδενική βαρύτητα, η σταγόνα παίρνει σφαιρικό σχήμα (μια σφαίρα έχει τη μικρότερη επιφάνεια μεταξύ όλων των μορφών της ίδιας χωρητικότητας).
2. Το ρεύμα του νερού «κολλάει» σε έναν κύλινδρο.
3. Μικρά αντικείμενα με πυκνότητα μεγαλύτερη από την πυκνότητα του υγρού μπορούν να «επιπλέουν» στην επιφάνεια του υγρού, καθώς η δύναμη της βαρύτητας είναι μικρότερη από τη δύναμη που εμποδίζει την αύξηση της επιφάνειας του υγρού. Έτσι, μια βελόνα ή ένα μικρό νόμισμα μπορεί να επιπλέει στην επιφάνεια του νερού.
4. Μερικά έντομα (για παράδειγμα, θαλάσσιοι δρομείς) μπορούν να κινηθούν μέσα στο νερό, παραμένοντας στην επιφάνειά του λόγω των δυνάμεων επιφανειακής τάσης.
5. Σε πολλές επιφάνειες, που ονομάζονται μη βρεγμένες, το νερό (ή άλλο υγρό) συγκεντρώνεται σε σταγονίδια.

Τώρα ας περάσουμε στα φίλτρα και την επιφανειακή τάση του νερού.

Θα μπορούσαν να έχουν κάποια σχέση με την επιφανειακή τάση;

Ας περάσουμε μέχρι το νερό.

• Το νερό πηγαίνει πρώτα σε ένα χοντρό φίλτρο, όπου αφαιρείται η άμμος και άλλα ανάλογα σωματίδια.
• Στη συνέχεια, τις περισσότερες φορές, το νερό περνά μέσα από ένα φίλτρο ενεργού άνθρακα. Το χλώριο (αν υπάρχει) και η οργανική ύλη (αν μπορεί να το κάνει ο άνθρακας) έχουν αφαιρεθεί.
• Συνήθως η περαιτέρω αντίστροφη όσμωση είναι ένα ημιπερατό φράγμα. Καθαρό νερό ρέει στο ποτήρι και άλλα άλατα κ.λπ. απορρίπτονται στην αποχέτευση.

Σε ποια στάδια συμβαίνει κάτι στο νερό που αλλάζει την ικανότητά του να συγκρατείται; Δηλαδή αλλάζει επιφανειακή τάση; Αν συμβεί αυτό, είναι στο στάδιο της αντίστροφης όσμωσης, γιατί το νερό πιέζεται μέσα από πολύ μικρές ίνες και κατά κάποιο τρόπο στροβιλίζεται.

Περίπου το ίδιο συμβαίνει κατά τη διάρκεια του βρασμού (επίσης καθαρισμού του νερού) - ο όγκος του νερού χωρίζεται σε μικρότερα, σχετικά ακίνητα μέρη. Παρεμπιπτόντως, το αποτέλεσμα είναι νερό που ενεργοποιείται από τη θερμοκρασία. Το οποίο, σύμφωνα με αρκετούς ερευνητές, έχει επιφανειακή τάση μικρότερη από αυτή του νερού της πηγής.

Δυστυχώς, δεν βρήκαμε ακριβή δεδομένα για το πόσο μειώνεται η επιφανειακή τάση κατά το βρασμό ή τον καθαρισμό με αντίστροφη όσμωση.

Ένα άλλο παράδειγμα είναι η ηλεκτρομαγνητική επεξεργασία νερού. Εδώ η μείωση της επιφανειακής τάσης επιβεβαιώνεται από ένα ενδιαφέρον πείραμα. Έτσι, τα φυτά που ποτίζονται με υφάλμυρο νερό δεν αναπτύσσονται καλά. Ο λόγος είναι ότι είναι δύσκολο για αυτούς να αντλήσουν νερό με άλατα δεν απελευθερώνουν νερό στο φυτό καλά. Ωστόσο, το υφάλμυρο νερό μετά την ηλεκτρομαγνητική επεξεργασία περνάει πιο εύκολα στα φυτά και δεν καταστέλλονται τόσο έντονα.

Ωστόσο, ούτε εδώ υπάρχουν αριθμητικά δεδομένα ή πειράματα.

Επιστρέφουμε τώρα στο βασικό ερώτημα:

Έχουν σχέση η επιφανειακή ένταση και η υγεία;

Και πάλι, δεν υπάρχουν πειραματικά δεδομένα. Αλλά μπορεί να υποτεθεί θεωρητικά, με βάση τις γνώσεις μας για την επιφανειακή τάση του νερού.

Άρα, όσο χαμηλότερη είναι η επιφανειακή τάση του νερού, τόσο καλύτερα απορροφάται στα κύτταρα (καθώς δεν αντιστέκεται ούτε παρεμβαίνει στην επιφανειακή τάση). Κατά συνέπεια, τα μεταβολικά προϊόντα και άλλες επιβλαβείς ουσίες θα απομακρυνθούν από τα κύτταρα πιο γρήγορα. Γενικά, το σώμα θα είναι πιο υγιές από ένα στο οποίο τα μεταβολικά προϊόντα και οι τοξικές ουσίες αποβάλλονται πιο αργά.

Το συμπέρασμα λοιπόν είναι απλό:

Ακόμα κι αν τα φίλτρα μειώνουν την επιφανειακή τάση, αυτό δεν θα επηρεάσει την υγεία.

Βασισμένο σε υλικά από http://voda.blox.ua/

Υγρό–μια ουσία σε υγρή κατάσταση συσσωμάτωσης, που καταλαμβάνει μια ενδιάμεση θέση μεταξύ στερεών και αέριων καταστάσεων. Η κύρια ιδιότητα ενός υγρού, που το διακρίνει από ουσίες σε άλλες καταστάσεις συσσωμάτωσης, είναι η ικανότητα να αλλάζει απεριόριστα το σχήμα του υπό την επίδραση εφαπτομενικών μηχανικών τάσεων, ακόμη και αυθαίρετα μικρές, διατηρώντας πρακτικά τον όγκο του.

Γενικές πληροφορίες για την υγρή κατάσταση

Η υγρή κατάσταση θεωρείται συνήθως ενδιάμεση μεταξύ ενός στερεού και ενός αερίου: ένα αέριο δεν διατηρεί ούτε όγκο ούτε σχήμα, αλλά ένα στερεό διατηρεί και τα δύο.

Το σχήμα των υγρών σωμάτων μπορεί να προσδιοριστεί εξ ολοκλήρου ή εν μέρει από το γεγονός ότι η επιφάνειά τους συμπεριφέρεται σαν μια ελαστική μεμβράνη. Έτσι, το νερό μπορεί να μαζευτεί σταγόνες. Αλλά ένα υγρό είναι ικανό να ρέει ακόμη και κάτω από την ακίνητη επιφάνειά του, και αυτό σημαίνει επίσης ότι η μορφή (τα εσωτερικά μέρη του υγρού σώματος) δεν διατηρείται.

Τα υγρά μόρια δεν έχουν καθορισμένη θέση, αλλά ταυτόχρονα δεν έχουν πλήρη ελευθερία κινήσεων. Ανάμεσά τους υπάρχει μια έλξη, αρκετά δυνατή για να τους κρατήσει κοντά.

Μια ουσία σε υγρή κατάσταση υπάρχει σε ένα ορισμένο εύρος θερμοκρασίας, κάτω από το οποίο μετατρέπεται σε στερεή κατάσταση (συμβαίνει κρυστάλλωση ή μετατροπή σε στερεή άμορφη κατάσταση - γυαλί), πάνω από την οποία μετατρέπεται σε αέρια κατάσταση (συμβαίνει εξάτμιση). Τα όρια αυτού του διαστήματος εξαρτώνται από την πίεση.

Κατά κανόνα, μια ουσία σε υγρή κατάσταση έχει μόνο μία τροποποίηση. (Οι πιο σημαντικές εξαιρέσεις είναι τα κβαντικά υγρά και οι υγροί κρύσταλλοι.) Επομένως, στις περισσότερες περιπτώσεις, ένα υγρό δεν είναι μόνο μια κατάσταση συσσωμάτωσης, αλλά και μια θερμοδυναμική φάση (υγρή φάση).

Όλα τα υγρά συνήθως χωρίζονται σε καθαρά υγρά και μείγματα. Ορισμένα μείγματα υγρών έχουν μεγάλη σημασία για τη ζωή: αίμα, θαλασσινό νερό κ.λπ. Τα υγρά μπορούν να λειτουργήσουν ως διαλύτες.

Φυσικές ιδιότητες υγρών

1 ).Ρευστότητα

Η κύρια ιδιότητα των υγρών είναι η ρευστότητα. Εάν ασκηθεί εξωτερική δύναμη σε ένα τμήμα ενός υγρού που βρίσκεται σε ισορροπία, τότε προκύπτει μια ροή υγρών σωματιδίων προς την κατεύθυνση που ασκείται αυτή η δύναμη: το υγρό ρέει. Έτσι, υπό την επίδραση μη ισορροπημένων εξωτερικών δυνάμεων, το υγρό δεν διατηρεί το σχήμα του και τη σχετική διάταξη των μερών του και επομένως παίρνει το σχήμα του δοχείου στο οποίο βρίσκεται.

Σε αντίθεση με τα πλαστικά στερεά, ένα υγρό δεν έχει όριο απόδοσης: αρκεί να ασκηθεί μια αυθαίρετα μικρή εξωτερική δύναμη για να ρέει το υγρό.

2).Διατήρηση όγκου

Μία από τις χαρακτηριστικές ιδιότητες ενός υγρού είναι ότι έχει ορισμένο όγκο (υπό σταθερές εξωτερικές συνθήκες). Τα υγρά είναι εξαιρετικά δύσκολο να συμπιεστούν μηχανικά επειδή, σε αντίθεση με τα αέρια, υπάρχει πολύ μικρός ελεύθερος χώρος μεταξύ των μορίων. Η πίεση που ασκείται σε ένα υγρό που περικλείεται σε ένα δοχείο μεταδίδεται χωρίς αλλαγή σε κάθε σημείο του όγκου αυτού του υγρού (ο νόμος του Pascal ισχύει και για τα αέρια). Αυτό το χαρακτηριστικό, μαζί με την πολύ χαμηλή συμπιεστότητα, χρησιμοποιείται σε υδραυλικές μηχανές.

Τα υγρά γενικά αυξάνονται σε όγκο (διαστέλλονται) όταν θερμαίνονται και μειώνονται σε όγκο (συστέλλονται) όταν ψύχονται. Ωστόσο, υπάρχουν εξαιρέσεις, για παράδειγμα, το νερό συστέλλεται όταν θερμαίνεται, σε κανονική πίεση και θερμοκρασία από έως περίπου .

3).Ιξώδες

Επιπλέον, τα υγρά (όπως τα αέρια) χαρακτηρίζονται από ιξώδες. Ορίζεται ως η ικανότητα αντίστασης στην κίνηση ενός μέρους σε σχέση με ένα άλλο - δηλαδή ως εσωτερική τριβή.

Όταν γειτονικά στρώματα υγρού κινούνται μεταξύ τους, αναπόφευκτα συμβαίνουν συγκρούσεις μορίων επιπλέον εκείνων που προκαλούνται από τη θερμική κίνηση. Εμφανίζονται δυνάμεις που αναστέλλουν την ομαλή κίνηση. Σε αυτή την περίπτωση, η κινητική ενέργεια της διατεταγμένης κίνησης μετατρέπεται σε θερμική ενέργεια χαοτικής κίνησης των μορίων.

Το υγρό στο δοχείο, που τίθεται σε κίνηση και αφήνεται στην τύχη του, σταδιακά θα σταματήσει, αλλά η θερμοκρασία του θα αυξηθεί.

4).Ανάμικτο

Αναμειξιμότητα είναι η ικανότητα των υγρών να διαλύονται μεταξύ τους. Ένα παράδειγμα αναμίξιμων υγρών: νερό και αιθυλική αλκοόλη, ένα παράδειγμα μη αναμίξιμων υγρών: νερό και υγρό λάδι.

5).Ελεύθερος σχηματισμός επιφάνειας και επιφανειακή τάση

Λόγω της διατήρησης του όγκου, το υγρό μπορεί να σχηματίσει μια ελεύθερη επιφάνεια. Μια τέτοια επιφάνεια είναι η διεπαφή μεταξύ των φάσεων μιας δεδομένης ουσίας: στη μία πλευρά υπάρχει μια υγρή φάση, στην άλλη υπάρχει μια αέρια φάση (ατμός) και, πιθανώς, άλλα αέρια, για παράδειγμα, αέρας.

Εάν η υγρή και η αέρια φάση της ίδιας ουσίας έρθουν σε επαφή, προκύπτουν δυνάμεις που τείνουν να μειώσουν την περιοχή διεπαφής - δυνάμεις επιφανειακής τάσης. Η διεπαφή συμπεριφέρεται σαν μια ελαστική μεμβράνη που τείνει να συστέλλεται.

6).Κύματα πυκνότητας

Αν και το υγρό είναι εξαιρετικά δύσκολο να συμπιεστεί, ο όγκος και η πυκνότητά του εξακολουθούν να αλλάζουν όταν αλλάζει η πίεση. Αυτό δεν συμβαίνει αμέσως. Έτσι, εάν μια περιοχή συμπιέζεται, τότε αυτή η συμπίεση μεταδίδεται σε άλλες περιοχές με καθυστέρηση. Αυτό σημαίνει ότι τα ελαστικά κύματα, πιο συγκεκριμένα τα κύματα πυκνότητας, μπορούν να διαδοθούν μέσα στο υγρό. Μαζί με την πυκνότητα αλλάζουν και άλλα φυσικά μεγέθη, όπως η θερμοκρασία.

Εάν, καθώς διαδίδεται ένα κύμα, η πυκνότητα αλλάζει ελαφρώς, ένα τέτοιο κύμα ονομάζεται ηχητικό κύμα ή ήχος.

Εάν η πυκνότητα αλλάξει αρκετά έντονα, τότε ένα τέτοιο κύμα ονομάζεται κρουστικό κύμα. Το κρουστικό κύμα περιγράφεται από άλλες εξισώσεις.

Τα κύματα πυκνότητας σε ένα υγρό είναι διαμήκη, δηλαδή η πυκνότητα αλλάζει κατά την κατεύθυνση διάδοσης του κύματος. Δεν υπάρχουν εγκάρσια ελαστικά κύματα στο υγρό λόγω μη διατήρησης του σχήματος.

Τα ελαστικά κύματα σε ένα υγρό εξασθενούν με την πάροδο του χρόνου, η ενέργειά τους σταδιακά μετατρέπεται σε θερμική ενέργεια. Οι λόγοι της εξασθένησης είναι το ιξώδες, η «κλασική απορρόφηση», η μοριακή χαλάρωση και άλλα. Σε αυτή την περίπτωση, λειτουργεί το λεγόμενο δεύτερο ή ογκομετρικό ιξώδες - εσωτερική τριβή όταν αλλάζει η πυκνότητα. Το κρουστικό κύμα, ως αποτέλεσμα της εξασθένησης, μετά από κάποιο χρονικό διάστημα μετατρέπεται σε ηχητικό κύμα.

Τα ελαστικά κύματα σε ένα υγρό υπόκεινται επίσης σε σκέδαση από ανομοιογένειες που προκύπτουν από τη χαοτική θερμική κίνηση των μορίων.

Δομή υγρών

Πειραματικές μελέτες της υγρής κατάστασης της ύλης, βασισμένες στην παρατήρηση της περίθλασης ακτίνων Χ και των ροών νετρονίων καθώς περνούν μέσα από υγρά μέσα, ανακάλυψαν την παρουσία παραγγελία μικρής εμβέλειας, δηλ. η παρουσία κάποιας τάξης στη διάταξη των σωματιδίων μόνο σε μικρή απόσταση από οποιαδήποτε επιλεγμένη θέση (Εικ. 140).

Η αμοιβαία διάταξη των γειτονικών σωματιδίων στα υγρά είναι παρόμοια με τη διατεταγμένη διάταξη των γειτονικών σωματιδίων στους κρυστάλλους. Ωστόσο, αυτή η σειρά στα υγρά παρατηρείται μόνο σε μικρούς όγκους. Σε αποστάσεις: από κάποιο επιλεγμένο «κεντρικό» μόριο, η σειρά διαταράσσεται (είναι η πραγματική διάμετρος του μορίου). Μια τέτοια διάταξη στη διάταξη των σωματιδίων σε υγρά ονομάζεται τάξη μικρής εμβέλειας. .

Λόγω της έλλειψης σειράς μεγάλης εμβέλειας, τα υγρά, με ελάχιστες εξαιρέσεις, δεν παρουσιάζουν την ανισοτροπία που χαρακτηρίζει τους κρυστάλλους. Για το λόγο αυτό, η δομή του υγρού μερικές φορές ονομάζεται οιονεί κρυσταλλική ή κρυσταλλική .

Για πρώτη φορά, η ιδέα της ομοιότητας ορισμένων ιδιοτήτων υγρών (ιδιαίτερα τήγματος μετάλλων) και κρυσταλλικών στερεών εκφράστηκε και στη συνέχεια αναπτύχθηκε στα έργα του σοβιετικού φυσικού Ya.I Frenkel πίσω στη δεκαετία του 1930-1940. Σύμφωνα με τις απόψεις του Frenkel, οι οποίες έχουν πλέον αναγνωριστεί παγκοσμίως, η θερμική κίνηση των ατόμων και των μορίων σε ένα υγρό αποτελείται από ακανόνιστες δονήσεις με μέση συχνότητα κοντά στη συχνότητα των δονήσεων των ατόμων σε κρυσταλλικά σώματα. Το κέντρο των ταλαντώσεων καθορίζεται από το πεδίο δύναμης των γειτονικών σωματιδίων και μετατοπίζεται μαζί με τις μετατοπίσεις αυτών των σωματιδίων.

Με απλοποιημένο τρόπο, μπορεί κανείς να φανταστεί μια τέτοια θερμική κίνηση όπως η υπέρθεση σχετικά σπάνιων αλμάτων σωματιδίων από τη μια προσωρινή θέση ισορροπίας σε μια άλλη και θερμικές ταλαντώσεις στα διαστήματα μεταξύ των αλμάτων. Ο μέσος χρόνος παραμονής ενός υγρού μορίου κοντά σε μια ορισμένη θέση ισορροπίας ονομάζεται ώρα χαλάρωσης.Μετά την πάροδο του χρόνου, το μόριο αλλάζει τη θέση ισορροπίας του, μετακινούμενο απότομα σε μια νέα θέση, που χωρίζεται από την προηγούμενη κατά μια απόσταση της τάξης του μεγέθους των ίδιων των μορίων. Έτσι, το μόριο κινείται αργά μέσα στο υγρό. Με την αύξηση της θερμοκρασίας, ο χρόνος μειώνεται, η κινητικότητα των μορίων αυξάνεται, γεγονός που συνεπάγεται μείωση του ιξώδους των υγρών (αυξάνεται η ρευστότητα). Σύμφωνα με τη μεταφορική έκφραση του Ya.I Frenkel, τα μόρια περιπλανώνται σε όλο τον όγκο του υγρού, οδηγώντας έναν νομαδικό τρόπο ζωής, στον οποίο οι βραχυπρόθεσμες κινήσεις αντικαθίστανται από σχετικά μεγάλες περιόδους καθιστικής ζωής.

Τα άμορφα στερεά (γυαλί, ρητίνες, άσφαλτος κ.λπ.) μπορούν να θεωρηθούν ως υπερψυγμένα υγρά, τα σωματίδια των οποίων έχουν περιορισμένη κινητικότητα λόγω του πολύ αυξημένου ιξώδους τους.

Λόγω της χαμηλής τάξης της υγρής κατάστασης, η θεωρία των υγρών αποδεικνύεται ότι είναι λιγότερο ανεπτυγμένη από τη θεωρία των αερίων και των κρυσταλλικών στερεών. Δεν υπάρχει ακόμη πλήρης θεωρία για το υγρό.

Ένας ειδικός τύπος υγρών είναι ορισμένες οργανικές ενώσεις που αποτελούνται από επιμήκη ή σε σχήμα δίσκου μόρια, ή τους λεγόμενους υγρούς κρυστάλλους. Η αλληλεπίδραση μεταξύ των μορίων σε τέτοια υγρά τείνει να ευθυγραμμίζει τους μακρούς άξονες των μορίων με μια ορισμένη σειρά. Σε υψηλές θερμοκρασίες, η θερμική κίνηση το αποτρέπει και η ουσία είναι ένα συνηθισμένο υγρό. Σε θερμοκρασίες κάτω από την κρίσιμη, εμφανίζεται μια προτιμώμενη κατεύθυνση στο υγρό και προκύπτει σειρά προσανατολισμού μεγάλης εμβέλειας. Ενώ διατηρούν τα βασικά χαρακτηριστικά ενός υγρού, για παράδειγμα, τη ρευστότητα, οι υγροί κρύσταλλοι έχουν τις χαρακτηριστικές ιδιότητες των στερεών κρυστάλλων - ανισοτροπία των μαγνητικών, ηλεκτρικών και οπτικών ιδιοτήτων. Αυτές οι ιδιότητες (μαζί με τη ρευστότητα) βρίσκουν πολλές τεχνικές εφαρμογές, για παράδειγμα, σε ηλεκτρονικά ρολόγια, αριθμομηχανές, κινητά τηλέφωνα, καθώς και σε οθόνες προσωπικών υπολογιστών, τηλεοράσεις, ως δείκτες, πίνακες αποτελεσμάτων και οθόνες για την εμφάνιση ψηφιακών, αλφαβητικών και αναλογικών πληροφοριών.

Επιφανειακή τάση

Το πιο ενδιαφέρον χαρακτηριστικό των υγρών είναι η παρουσία τους ελεύθερη επιφάνεια. Συνδέεται με την επιφάνεια του υγρού δωρεάν ενέργεια, ανάλογα με την ελεύθερη επιφάνεια του υγρού: . Δεδομένου ότι η ελεύθερη ενέργεια ενός απομονωμένου συστήματος τείνει στο ελάχιστο, το υγρό (ελλείψει εξωτερικών πεδίων) τείνει να πάρει μια μορφή που έχει μια ελάχιστη επιφάνεια. Έτσι, το πρόβλημα του σχήματος ενός υγρού ανάγεται σε ισοπεριμετρικό πρόβλημα υπό δεδομένες πρόσθετες συνθήκες (αρχική κατανομή, όγκος κ.λπ.). Μια ελεύθερη πτώση παίρνει το σχήμα σφαίρας, αλλά κάτω από πιο σύνθετες συνθήκες το πρόβλημα του προσδιορισμού του σχήματος της υγρής επιφάνειας γίνεται εξαιρετικά δύσκολο.

Ένα υγρό, σε αντίθεση με τα αέρια, δεν γεμίζει ολόκληρο τον όγκο του δοχείου στο οποίο χύνεται. Σχηματίζεται μια διεπαφή μεταξύ υγρού και αερίου (ή ατμού), η οποία βρίσκεται σε ειδικές συνθήκες σε σύγκριση με το υπόλοιπο υγρό. Τα μόρια στο οριακό στρώμα ενός υγρού, σε αντίθεση με τα μόρια στο βάθος του, δεν περιβάλλονται από άλλα μόρια του ίδιου υγρού από όλες τις πλευρές. Οι δυνάμεις της διαμοριακής αλληλεπίδρασης που δρουν σε ένα από τα μόρια μέσα σε ένα υγρό από γειτονικά μόρια αντισταθμίζονται, κατά μέσο όρο, αμοιβαία (Εικ. 141).

Αλλά όλα τα μόρια, συμπεριλαμβανομένων των μορίων του οριακού στρώματος, πρέπει να βρίσκονται σε κατάσταση ισορροπίας. Αυτή η ισορροπία επιτυγχάνεται με ελαφρά μείωση της απόστασης μεταξύ των μορίων της επιφανειακής στιβάδας και των πλησιέστερων γειτόνων τους μέσα στο υγρό. Καθώς η απόσταση μεταξύ των μορίων μειώνεται, δημιουργούνται απωστικές δυνάμεις. Τα μόρια της επιφανειακής στιβάδας είναι συσκευασμένα κάπως πιο πυκνά, και ως εκ τούτου έχουν μια πρόσθετη παροχή δυναμικής ενέργειας σε σύγκριση με τα εσωτερικά μόρια. Οθεν, Τα μόρια του επιφανειακού στρώματος ενός υγρού έχουν περίσσεια δυναμικής ενέργειας σε σύγκριση με τα μόρια μέσα στο υγρό, ίσο με ελεύθερη ενέργεια. .Έτσι η δυναμική ενέργεια της επιφάνειας ενός υγρού είναι ανάλογη με το εμβαδόν του: .

Είναι γνωστό από τη μηχανική ότι οι καταστάσεις ισορροπίας ενός συστήματος αντιστοιχούν στην ελάχιστη τιμή της δυναμικής του ενέργειας, δηλ. η ελεύθερη επιφάνεια του υγρού τείνει να μειώσει την έκτασή του. Το υγρό συμπεριφέρεται σαν δυνάμεις που δρουν εφαπτομενικά στην επιφάνειά του να συστέλλουν (έλκουν) αυτήν την επιφάνεια. Αυτές οι δυνάμεις ονομάζονται δυνάμεις επιφανειακής τάσης .