من المعروف أن كل ما يحيط بالإنسان بما في ذلك نفسه أجساد تتكون من مواد. وهذه بدورها تُبنى من جزيئات ، والأخيرة من ذرات ، وهي من هياكل أصغر. ومع ذلك ، فإن التنوع المحيط كبير لدرجة أنه من الصعب تخيل حتى نوع من القواسم المشتركة. وهناك. عدد المركبات بالملايين ، كل منها فريد في خصائصه وهيكله ودوره. في المجموع ، يتم تمييز حالات الطور المتعددة ، والتي وفقًا لها يمكن ربط جميع المواد.
حالات المادة
هناك أربعة خيارات للحالة الكلية للمركبات.
- غازات.
- المواد الصلبة.
- سوائل.
- البلازما غازات مؤينة شديدة التخلخل.
في هذه المقالة سننظر في خصائص السوائل وخصائصها الهيكلية ومعايير الأداء الممكنة.
تصنيف الأجسام السائلة
يعتمد هذا التقسيم على خصائص السوائل وتركيبها وتركيبها الكيميائي ، وكذلك أنواع التفاعلات بين الجزيئات التي يتكون منها المركب.
- مثل هذه السوائل التي تتكون من ذرات مرتبطة ببعضها البعض بواسطة قوى فان دير فال.ومن الأمثلة الغازات السائلة (الأرجون والميثان وغيرها).
- المواد التي تتكون من ذرتين متطابقتين. أمثلة: الغازات المسالة - الهيدروجين والنيتروجين والأكسجين وغيرها.
- المعادن السائلة - الزئبق.
- مواد تتكون من عناصر مرتبطة بروابط تساهمية قطبية. أمثلة: كلوريد الهيدروجين ، يوديد الهيدروجين ، كبريتيد الهيدروجين وغيرها.
- المركبات التي توجد بها روابط هيدروجينية. أمثلة: ماء ، كحول ، أمونيا في محلول
هناك أيضًا هياكل خاصة - مثل البلورات السائلة والسوائل غير النيوتونية ، والتي لها خصائص خاصة.
سننظر في الخصائص الأساسية للسائل التي تميزه عن جميع حالات التجميع الأخرى. بادئ ذي بدء ، هذه هي تلك التي يطلق عليها عادة جسدية.
خصائص السوائل: الشكل والحجم
إجمالاً ، يمكن تمييز حوالي 15 خاصية تتيح لنا وصف ماهية المواد المعنية وما هي قيمتها وميزاتها.
أول الخصائص الفيزيائية للسائل التي تتبادر إلى الذهن عند ذكر حالة التجميع هذه هي القدرة على تغيير الشكل واحتلال حجم معين. لذلك ، على سبيل المثال ، إذا تحدثنا عن شكل المواد السائلة ، فمن المقبول عمومًا اعتبارها غائبة. ومع ذلك ، هذا ليس هو الحال.
تحت تأثير قوة الجاذبية المعروفة ، تتعرض قطرات من المادة لبعض التشوه ، لذلك يتكسر شكلها ويصبح غير محدد. ومع ذلك ، إذا وضعت انخفاضًا في الظروف التي لا تعمل الجاذبية في ظلهاأو محدودة للغاية ، فستأخذ الشكل المثالي للكرة. وبالتالي ، نظرًا للمهمة التالية: "تسمية خصائص السوائل" ، يجب على الشخص الذي يعتبر نفسه على دراية بالفيزياء أن يذكر هذه الحقيقة.
بالنسبة للحجم ، هنا يجب أن نلاحظ الخصائص العامة للغازات والسوائل. كلاهما قادر على شغل الحجم الكامل للمساحة التي يكونان فيها ، مقيدان فقط بجدران الوعاء.
اللزوجة
الخصائص الفيزيائية للسوائل متنوعة للغاية. لكن إحداها فريدة من نوعها ، مثل اللزوجة. ما هو وكيف يتم تعريفه؟ المعلمات الرئيسية التي تعتمد عليها القيمة قيد النظر هي:
- إجهاد مماسي ؛
- سرعة التحرك الانحدار.
اعتماد القيم المشار إليها خطي. إذا شرحنا بكلمات أبسط ، فإن اللزوجة ، مثل الحجم ، هي خصائص السوائل والغازات المشتركة بينهما والتي تنطوي على حركة غير محدودة ، بغض النظر عن قوى التأثير الخارجية. بمعنى ، إذا كان الماء يتدفق من الوعاء ، فسوف يستمر في القيام بذلك تحت أي تأثيرات (الجاذبية ، والاحتكاك ، وغيرها من العوامل).
هذا يختلف عن السوائل غير النيوتونية ، فهي أكثر لزوجة ويمكن أن تترك ثقوبًا خلفها تمتلئ بمرور الوقت.
على ماذا سيعتمد هذا المؤشر؟
- من درجة الحرارة. مع زيادة درجة الحرارة تزداد لزوجة بعض السوائل ، والبعض الآخر على العكس ،النقصان. يعتمد على المركب المحدد وبنيته الكيميائية.
- من الضغط. تؤدي الزيادة إلى زيادة مؤشر اللزوجة.
- من التركيب الكيميائي للمادة. تتغير اللزوجة في وجود شوائب ومكونات غريبة في عينة من مادة نقية.
السعة الحرارية
يشير هذا المصطلح إلى قدرة المادة على امتصاص كمية معينة من الحرارة لزيادة درجة حرارتها بدرجة واحدة مئوية. هناك وصلات مختلفة لهذا المؤشر. البعض لديه سعة حرارية أكبر والبعض الآخر أقل.
لذلك ، على سبيل المثال ، الماء هو تراكم جيد للحرارة ، مما يسمح باستخدامه على نطاق واسع لأنظمة التدفئة والطهي والاحتياجات الأخرى. بشكل عام ، مؤشر السعة الحرارية فردي تمامًا لكل سائل على حدة.
التوتر السطحي
في كثير من الأحيان ، بعد تلقي المهمة: "تسمية خصائص السوائل ،" يتذكرون على الفور التوتر السطحي. بعد كل شيء ، يتم تقديم الأطفال إليه في دروس الفيزياء والكيمياء والبيولوجيا. ويشرح كل عنصر هذه المعلمة المهمة من جانبه.
التعريف الكلاسيكي للتوتر السطحي هو كالتالي: إنه حد طور. أي في الوقت الذي يحتل فيه السائل حجمًا معينًا ، فإنه يحد من الخارج وسط غازي - هواء أو بخار أو بعض المواد الأخرى. وبالتالي ، يحدث فصل الطور عند نقطة الاتصال.
في نفس الوقت ، تميل الجزيئات إلى إحاطة نفسها بأكبر عدد ممكن من الجزيئات ، وبالتالي تؤدي ، كما كانت ، إلىضغط السائل ككل. لذلك ، يبدو أن السطح ممتد. يمكن أن تفسر الخاصية نفسها أيضًا الشكل الكروي للقطرات السائلة في حالة عدم وجود الجاذبية. بعد كل شيء ، هذا هو الشكل المثالي من وجهة نظر طاقة الجزيء. أمثلة:
- فقاعات صابون
- ماء مغلي
- قطرات سائلة في حالة انعدام الوزن
تكيفت بعض الحشرات مع "المشي" على سطح الماء على وجه التحديد بسبب التوتر السطحي. أمثلة: طيور الماء ، الطيور المائية ، بعض اليرقات.
اللون
هناك خصائص مشتركة للسوائل والمواد الصلبة. واحد منهم هو السيولة. الفرق كله هو أنه بالنسبة للأول غير محدود. ما هو جوهر هذه المعلمة؟
إذا قمت بتطبيق قوة خارجية على جسم سائل ، فسوف ينقسم إلى أجزاء ويفصلها عن بعضها البعض ، أي أنه سيتدفق. في هذه الحالة ، سيملأ كل جزء حجم الوعاء بالكامل مرة أخرى. بالنسبة للمواد الصلبة ، هذه الخاصية محدودة وتعتمد على الظروف الخارجية.
اعتماد الخصائص على درجة الحرارة
تتضمن ثلاث معاملات تميز المواد التي نفكر فيها:
- ارتفاع درجة الحرارة ؛
- تبريد ؛
- غليان
ترتبط خصائص السوائل مثل فرط السخونة وانخفاض درجة حرارة الجسم ارتباطًا مباشرًا بنقاط الغليان والتجميد الحرجة (النقاط) ، على التوالي. السائل المحموم هو السائل الذي تغلب على عتبة نقطة التسخين الحرجة عند تعرضه لدرجة الحرارة ، لكنه لم يظهر علامات خارجية للغليان.
المبرد الفائق ، على التوالي ، يسمىسائل تجاوز عتبة النقطة الحرجة للانتقال إلى مرحلة أخرى تحت تأثير درجات الحرارة المنخفضة ، لكنه لم يصبح صلبًا.
في كلتا الحالتين الأولى والثانية ، هناك شروط لإظهار هذه الخصائص.
- لا توجد تأثيرات ميكانيكية على النظام (الحركة ، الاهتزاز).
- درجة حرارة موحدة ، بدون قفزات وهبوطات مفاجئة.
حقيقة مثيرة للاهتمام هي أنه إذا رميت جسمًا غريبًا في سائل شديد الحرارة (على سبيل المثال ، الماء) ، فسوف يغلي على الفور. يمكنك الحصول عليه عن طريق التسخين تحت تأثير الإشعاع (في فرن الميكروويف).
التعايش مع مراحل أخرى من المادة
هناك خياران لهذه المعلمة.
- سائل - غاز. هذه الأنظمة هي الأكثر انتشارًا ، لأنها موجودة في كل مكان في الطبيعة. بعد كل شيء ، تبخر الماء هو جزء من الدورة الطبيعية. في هذه الحالة ، يوجد البخار الناتج في نفس الوقت مع الماء السائل. إذا تحدثنا عن نظام مغلق ، فسيحدث التبخر هناك أيضًا. إنه مجرد تشبع البخار بسرعة كبيرة ويتوازن النظام بأكمله: بخار سائل - مشبع.
- سائل - جوامد. خاصة في مثل هذه الأنظمة ، هناك خاصية أخرى ملحوظة - قابلية البلل. في تفاعل الماء والمادة الصلبة ، يمكن ترطيب الأخير كليًا أو جزئيًا أو حتى طرد الماء. هناك مركبات تذوب في الماء بسرعة وبشكل عملي إلى أجل غير مسمى. وهناك من لا يقدر على ذلك مطلقا (بعض المعادن والماس وغيرها)
بشكل عام ، تخصص الميكانيكا الهوائية في دراسة تفاعل السوائل مع المركبات في حالات التجميع الأخرى.
الانضغاط
ستكون الخصائص الأساسية للسائل غير مكتملة إذا لم نذكر قابلية الانضغاط. بالطبع ، هذه المعلمة أكثر نموذجية لأنظمة الغاز. ومع ذلك ، يمكن أيضًا ضغط العناصر التي نفكر فيها في ظل ظروف معينة.
الاختلاف الرئيسي هو سرعة العملية وتوحيدها. بينما يمكن ضغط الغاز بسرعة وتحت ضغط منخفض ، يتم ضغط السوائل بشكل غير متساو وطويل بما يكفي وتحت ظروف محددة بشكل خاص.
تبخر وتكثيف السوائل
هذان نوعان من الخصائص الأخرى للسائل. تمنحهم الفيزياء التفسيرات التالية:
- التبخر هو العملية التي تميز الانتقال التدريجي للمادة من الحالة السائلة للتجمع إلى الحالة الصلبة. يحدث هذا تحت تأثير التأثيرات الحرارية على النظام. تبدأ الجزيئات في التحرك ، وتغيير شبكتها البلورية ، تنتقل إلى الحالة الغازية. يمكن أن تستمر العملية حتى يتم تحويل كل السائل إلى بخار (للأنظمة المفتوحة). أو حتى يتحقق التوازن (للسفن المغلقة)
- التكثيف هو عملية معاكسة للعملية المذكورة أعلاه. هنا يمر البخار إلى جزيئات سائلة. يحدث هذا حتى يتم إنشاء توازن أو انتقال طور كامل. يطلق البخار جزيئات في السائل أكثر مما يطلقه بها.
الأمثلة النموذجية لهاتين العمليتين في الطبيعة هي تبخر الماء من سطح المحيط العالمي ، وتكثيفه فيالغلاف الجوي العلوي ثم التساقط
الخصائص الميكانيكية للسوائل
هذه الخصائص هي موضوع دراسة علم مثل علم الميكانيكا المائية. على وجه التحديد قسمها نظرية ميكانيكا الموائع والغاز. تشمل المعلمات الميكانيكية الرئيسية التي تميز الحالة المدروسة لتجميع المواد ما يلي:
- كثافة
- حصة ؛
- لزوجة.
في ظل كثافة الجسم السائل ، افهم كتلته ، والموجودة في وحدة واحدة من الحجم. يختلف هذا المؤشر باختلاف المركبات. هناك بالفعل بيانات محسوبة ومقاسة تجريبياً على هذا المؤشر ، والتي يتم إدخالها في جداول خاصة.
الثقل النوعي هو وزن وحدة حجم السائل. هذا المؤشر يعتمد بشكل كبير على درجة الحرارة (كلما ارتفع وزنه ينقص)
لماذا دراسة الخواص الميكانيكية للسوائل؟ هذه المعرفة مهمة لفهم العمليات التي تحدث في الطبيعة ، داخل جسم الإنسان. أيضا عند إنشاء الوسائل التقنية والمنتجات المختلفة. بعد كل شيء ، المواد السائلة هي واحدة من أكثر أشكال الركام شيوعًا على كوكبنا.
السوائل غير النيوتونية وخصائصها
خصائص الغازات والسوائل والمواد الصلبة هي موضوع دراسة الفيزياء ، وكذلك بعض التخصصات ذات الصلة. ومع ذلك ، بالإضافة إلى المواد السائلة التقليدية ، هناك أيضًا ما يسمى بالمواد غير النيوتونية ، والتي تمت دراستها أيضًا بواسطة هذا العلم. ما هم ولماذا حصلواما هو العنوان؟
لفهم ماهية هذه المركبات ، إليك الأمثلة المنزلية الأكثر شيوعًا:
- "الوحل" يلعبها الأطفال ؛
- "علكة" أو علكة لليدين ؛
- طلاء البناء العادي ؛
- محلول النشا في الماء ، إلخ.
أي ، هذه سوائل تخضع لزوجتها لتدرج السرعة. كلما كان التأثير أسرع ، ارتفع مؤشر اللزوجة. لذلك ، عندما تضرب العلكة الأرضية بضربة حادة ، تتحول إلى مادة صلبة تمامًا يمكن أن تنقسم إلى قطع.
إذا تركته بمفرده ، فسوف ينتشر في غضون دقائق قليلة في بركة لزجة. السوائل غير النيوتونية هي مواد فريدة تمامًا من حيث خصائصها ، والتي تم استخدامها ليس فقط للأغراض التقنية ، ولكن أيضًا للأغراض الثقافية واليومية.
