Какие физические свойства имеет жидкость

Известно, что все, что окружает человека, включая и его самого, – это тела, состоящие из веществ. Те, в свою очередь, построены из молекул, последние из атомов, а они – из еще более мелких структур. Однако окружающее разнообразие столь велико, что сложно представить даже какую-то общность. Так и есть. Соединения исчисляются миллионами, каждое из них уникально по свойствам, строению и выполняемой роли. Всего выделяют несколько фазовых состояний, по которым можно соотнести все вещества.

Агрегатные состояния веществ

Можно назвать четыре варианта агрегатного состояния соединений.

1. Газы.
2. Твердые вещества.
3. Жидкости.
4. Плазма – сильно разреженные ионизированные газы.

В данной статье мы рассмотрим свойства жидкостей, особенности их строения и возможные параметры характеристик.

Классификация жидких тел

В основу данного деления положены свойства жидкостей, их структура и химическое строение, а также типы взаимодействий между составляющими соединения частицами.

1. Такие жидкости, которые состоят из атомов, удерживающихся между собой силами Ван-дер-Ваальса. Примерами могут служить жидкие газы (аргон, метан и другие).
2. Такие вещества, которые состоят из двух одинаковых атомов. Примеры: газы в сжиженном виде – водород, азот, кислород и другие.
3. Жидкие металлы – ртуть.
4. Вещества, состоящие из элементов, связанных ковалентными полярными связями. Примеры: хлороводород, йодоводород, сероводород и прочие.
5. Соединения, в которых присутствуют водородные связи. Примеры: вода, спирты, аммиак в растворе.

Существуют и особенные структуры – типа жидких кристаллов, неньютоновских жидкостей, которые обладают особыми свойствами.

Мы же рассмотрим основные свойства жидкости, которые отличают ее от всех других агрегатных состояний. В первую очередь это такие, которые принято называть физическими.

Свойства жидкостей: форма и объем

Всего можно выделить около 15 характеристик, которые позволяют описать, что же представляют собой рассматриваемые вещества и в чем заключается их ценность, особенности.

Самые первые физические свойства жидкости, которые приходят на ум при упоминании этого агрегатного состояния, это способность менять форму и занимать определенный объем. Так, например, если говорить о форме жидких веществ, то общепринято считать ее отсутствующей. Однако это не так.

Под действием всем известной силы тяжести капли вещества подвергаются некоей деформации, поэтому их форма нарушается и становится неопределенной. Однако если поместить каплю в условия, при которых гравитация не действует или сильно ограничена, то она примет идеальную форму шара. Таким образом, получив задание: “Назовите свойства жидкостей” человек, считающий себя достаточно сведущим в физике, должен упомянуть об этом факте.

Что касается объема, то здесь следует заметить общие свойства газов и жидкостей. И те и другие способны занимать весь объем пространства, в котором находятся, ограничиваясь лишь стенками сосуда.

Вязкость

Физические свойства жидкости весьма разнообразны. Но уникальным является такое из них, как вязкость. Что это такое и чем определяется? Главные параметры, от которых зависит рассматриваемая величина, это:

• касательное напряжение;
• градиент скорости движения.

Зависимость указанных величин линейная. Если же объяснить более простыми словам, то вязкость, как и объем, – это такие свойства жидкостей и газов, которые являются для них общими и подразумевают неограниченное движение независимо от внешних сил воздействия. То есть если вода вытекает из сосуда, она будет продолжать это делать при любых воздействиях (сила тяжести, трения и прочих параметрах).

В этом состоит отличие от неньютоновских жидкостей, которые обладают большей вязкостью и могут оставлять вслед за движением дыры, заполняющиеся со временем.

От чего же будет зависеть данный показатель?

1. От температуры. С увеличением температуры вязкость одних жидкостей увеличивается, а других, наоборот, уменьшается. Это зависит от конкретного соединения и его химического строения.
2. От давления. Повышение вызывает увеличение показателя вязкости.
3. От химического состава вещества. Вязкость изменяется при наличии примесей и посторонних компонентов в навеске чистого вещества.

Теплоемкость

Этот термин определяет способность вещества поглощать определенное количество тепла для увеличения собственной температуры на один градус по Цельсию. Существуют разные соединения по данному показателю. Одни обладают большей, другие меньшей теплоемкостью.

Так, например, вода – очень хороший теплонакопитель, что позволяет ее широко использовать для систем отопления, приготовления пищи и прочих нужд. В целом, показатель теплоемкости строго индивидуален для каждой отдельно взятой жидкости.

Поверхностное натяжение

Часто, получив задание: “Назовите свойства жидкостей” сразу вспоминают о поверхностном натяжении. Ведь с ним детей знакомят на уроках физики, химии и биологии. И каждый предмет объясняет этот важный параметр со своей стороны.

Классическое определение поверхностного натяжения следующее: это граница раздела фаз. То есть в то время, когда жидкость заняла определенный объем, она снаружи граничит с газовой средой – воздухом, паром или еще каким-либо веществом. Таким образом, на месте соприкосновения возникает разделение фаз.

При этом молекулы стремятся окружить себя как можно большим числом частиц и, таким образом, приводят как бы к сжиманию жидкости в целом. Следовательно, поверхность словно натягивается. Этим же свойством можно объяснить и шарообразную форму капель жидкости при отсутствии воздействия сил тяжести. Ведь именно такая форма идеальна с точки зрения энергии молекулы. Примеры:

• мыльные пузыри;
• кипящая вода;
• капли жидкости в невесомости.

Некоторые насекомые приспособились к “хождению” по поверхности воды именно благодаря поверхностному натяжению. Примеры: водомерки, водоплавающие жуки, некоторые личинки.

Текучесть

Есть общие свойства жидкостей и твердых тел. Одно из них – текучесть. Вся разница в том, что для первых она неограниченна. В чем заключается суть этого параметра?

Если приложить внешнее воздействие к жидкому телу, то оно разделится на части и отделит их друг от друга, то есть перетечет. При этом каждая часть снова заполнит весь объем сосуда. Для твердых тел это свойство ограниченно и зависит от внешних условий.

Зависимость свойств от температуры

К таковым можно отнести три параметра, характеризующие рассматриваемые нами вещества:

• перегрев;
• охлаждение;
• кипение.

Такие свойства жидкостей, как перегревание и переохлаждение, напрямую связаны с критическими температурами (точками) кипения и замерзания соответственно. Перегревшейся называют жидкость, которая преодолела порог критической точки нагревания при воздействии температуры, однако внешних признаков кипения не подала.

Переохлажденной, соответственно, называют жидкость, которая преодолела порог критической точки перехода в другую фазу под воздействием низких температур, однако твердой не стала.

Как в первом, так 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.

Интересен факт, что если в перегретую жидкость (например, воду) бросить посторонний предмет, то она мгновенно вскипит. Получить же ее можно нагреванием под воздействием излучения (в микроволновой печи).

Сосуществование с другими фазами веществ

Можно выделить два варианта по данному параметру.

1. Жидкость – газ. Такие системы являются наиболее широко распространенными, поскольку существуют в природе повсеместно. Ведь испарение воды – часть естественного круговорота. При этом образующийся пар существует одновременно с жидкой водой. Если же говорить о замкнутой системе, то и там происходит испарение. Просто пар становится насыщенным очень быстро и вся система в целом приходит к равновесию: жидкость – насыщенный пар.
2. Жидкость – твердые вещества. Особенно на таких системах заметно еще одно свойство – смачиваемость. При взаимодействии воды и твердого вещества последнее может смачиваться полностью, частично или вообще отталкивать воду. Существуют соединения, которые растворяются в воде быстро и практически неограниченно. Есть и те, что вообще к этому не способны (некоторые металлы, алмаз и прочие).

   

В целом изучением взаимодействия жидкостей с соединениями в других агрегатных состояниях занимается дисциплина гидроаэромеханика.

Сжимаемость

Основные свойства жидкости были бы неполными, если бы мы не упомянули о сжимаемости. Конечно, этот параметр больше характерен для газовых систем. Однако и рассматриваемые нами также могут поддаваться сжатию при определенных условиях.

Главное отличие – это скорость процесса и его равномерность. Если газ можно сжать быстро и под небольшим давлением, то жидкости сжимаются неравномерно, достаточно долго и при специально подобранных условиях.

Испарение и конденсация жидкостей

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

1. Испарение – это процесс, который характеризует постепенный переход вещества из жидкого агрегатного состояния в твердое. Происходит это под действием тепловых воздействий на систему. Молекулы приходят в движение и, меняя свою кристаллическую решетку, переходят в газообразное состояние. Процесс может происходить до тех пор, пока вся жидкость не перейдет в пар (для открытых систем). Или же до установления равновесия (для замкнутых сосудов).
2. Конденсация – процесс, противоположный выше обозначенному. Здесь пар переходит в молекулы жидкости. Так происходит до установления равновесия или полного фазового перехода. Пар отдает в жидкость большее количество частиц, чем она ему.

Типичные примеры этих двух процессов в природе – испарение воды с поверхности Мирового океана, конденсация ее в верхних слоях атмосферы, а затем выпадение в виде осадков.

Механические свойства жидкости

Данные свойства являются предметом изучения такой науки, как гидромеханика. Конкретно – ее раздела, теории механики жидкости и газа. К основным механическим параметрам, характеризующим рассматриваемое агрегатное состояние веществ, относятся:

• плотность;
• удельный вес;
• вязкость.

Под плотностью жидкого тела понимают его массу, которая содержится в одной единице объема. Данный показатель для разных соединений варьируется. Существуют уже рассчитанные и измеренные экспериментальным путем данные по этому показателю, которые занесены в специальные таблицы.

Удельным весом принято считать вес одной единицы объема жидкости. Данный показатель сильно зависит от температуры (при повышении ее вес снижается).

Для чего следует изучать механические свойства жидкостей? Данные знания являются важными для понимания процессов, происходящих в природе, внутри человеческого организма. Также при создании технических средств, различной продукции. Ведь жидкие вещества – одна из самых распространенных агрегатных форм на нашей планете.

Неньютоновские жидкости и их свойства

Свойства газов, жидкостей, твердых тел – это объект изучения физики, а также некоторых смежных с ней дисциплин. Однако помимо традиционных жидких веществ, существуют еще и так называемые неньютоновские, их тоже изучает эта наука. Что они собой представляют и почему получили такое название?

Для понимания того, что собой представляют подобные соединения, приведем самые распространенные бытовые примеры:

• “лизун”, которым играют дети;
• “хенд гам”, или жвачка для рук;
• обычная строительная краска;
• раствор крахмала в воде и прочее.

То есть это такие жидкости, вязкость которых подчиняется градиенту скорости. Чем быстрее воздействие, тем выше показатель вязкости. Поэтому при резком ударе хенд гама об пол он превращается в совершенно твердое вещество, способное расколоться на части.

Если же оставить его в покое, то буквально через несколько минут он растечется липкой лужицей. Неньютоновские жидкости – достаточно уникальные по свойствам вещества, которые нашли применение не только в технических целях, но и в культурно-бытовых.

Все тела, которые окружают человека, состоят из различных веществ и имеют различные свойства и характеристики. Все объекты материального мира построены по единым правилам. Они состоят из атомов, молекул и иных мелких образований на микроуровне. Все соединения не имеют общих показателей, так как они исчисляются миллионами. Поэтому и свойства у них также различны. Все вещества имеют четыре основных агрегатных состояния:

• газообразное;
• твердое;
• в виде жидкости;
• в виде плазмы.

При рассмотрении жидкости необходимо понять, что они также обладают собственными свойствами, характеристиками, а также особенностями строения. При классификации различных жидкостей за основу взяты их основные свойства, структура и химическое строение. Также имеют принципиальное значение типы взаимодействия между различными частицами и их составляющими компонентами.

Выделяют ряд основных видов жидкостей. Среди них преобладают те, которые состоят из атомов, где основной сдерживающей силой является сила Ван-дер-Ваальса. Подобные жидкие газы можно разглядеть в метане, аргоне и некоторых других веществах. Подобные жидкости состоят из пары одинаковых атомов. Также выделяют вещества, которые состоят из связанных между собой ковалентных связей, а также те, где присутствуют элементы водородной связи. Также есть интересные варианты особенных структур жидкости. Они выражаются в виде:

• жидких кристаллов;
• неньютоновской жидкости.

Физические свойства жидкости

Обычно выделяют физические свойства жидкости при рассмотрении характерных черт того или иного вещества. Они отличают их от определенного агрегатного состояния. В настоящее время выделяется достаточно большое количество основных характеристик. Они позволяют с большой степенью точности сделать описание рассматриваемых веществ.

Среди таких физических свойств жидкости выделяют:

• маленькая возможность изменения собственного объема при изменении температуры и давления;
• обладание свойством текучести.

Любая жидкость может легко менять свою форму и распределяться по определенному объему. Форма жидкости зависит от собственных характеристик и воздействия внешних факторов. Сила тяжести позволяет деформировать молекулы жидкости до определенного состояния. Их форма становится неопределенной. При помещении жидкости в такие условия, где силы притяжения ограничены или почти полностью отсутствуют, она примет совершенно новые определенные формы. Жидкости принимает форму идеального шара. Подобный эффект можно наблюдать на орбите Земли на борту Международной космической станции.

При рассмотрении объема жидкости общие признаки соответствия свойств можно разглядеть и у газов. Газы и жидкости могут занимать весь объем пространства, где они находятся в определенное время. Он может быть ограничен лишь стенками сосуда или помещения.

Вязкость

Одним из уникальных свойств жидкости является вязкость. При ее рассмотрении активно пользуются рядом основных параметров, которые заключаются в градиенте скорости движения и касательном напряжении. У этих величин есть линейная зависимость, которая отображается в ряде формул и основополагающих правилах. Вязкость подразумевает создание неограниченного движения вещества независимо от воздействия внешних факторов и сил.

Для неньютоновских жидкостей действуют иные параметры. Подобный тип жидкостей обладает большой степенью вязкости, поэтому оставляют за движением след. Этот показатель полностью зависит от приложенной температуры. При увеличении температуры вязкость некоторых веществ будет уменьшаться или увеличиваться. Эти действия зависят от химического строения жидкости.

Теплоемкость и поверхностное натяжение

Жидкости обладают способностями по поглощению веществами определенного количества тепла. Это им необходимо для того, чтобы повысить собственную температуру вещества. От веществ с разной степенью соединений и других показателей зависят способности по теплоемкости. Некоторые могут обладать более мощной теплоемкостью по сравнению с другими жидкостями. Одними из самых успешных теплоемких веществ является вода. Она накапливает в своих молекулах определенное количество тепла и сохраняет его некоторое время. Поэтому именно воду принято активно использовать в качестве элемента системы отопления, а также для приготовления пищи и иных нужд человека.

Поверхностное натяжение достигается в тот момент, когда жидкость занимает определенный объем. Она снаружи может граничить с другой средой, например, воздухом или другим веществом. В месте соприкосновения этих веществ создается так называемое разделение фаз. Также это явление принято считать поверхностным натяжением. Молекулы жидкости стремятся в этом положении окружить себя такими же частицами и сжимают жидкость еще больше. Поэтому визуально поверхность жидкого тела словно натягивается. Такое же явление начинает возникать при отсутствии признаков иных внешних факторов, так как идеальной формой жидкости является шар.

Текучесть и сжимаемость

Для твердых и жидких тел выделяют ряд общих свойств. Одним из них стала текучесть. Для жидкостей она носит неограниченный характер. Оно возникает при воздействии внешних усилий к исследуемому объекту. В этом случае существует несколько вариантов развития событий. Жидкости в зависимости от степени и интенсивности воздействия может разделиться на два объекта или может начать перетекать. Новые части точно также заполнят объем сосуда, поскольку каждая из них не теряет первоначальных свойств.

Также жидкости чутко реагируют на воздействие различной температуры. Самая большая метаморфоза происходит при изменении агрегатного состояния вещества. Это достигается в процессе нагрева, охлаждения или кипения.

Сжимаемость характерна больше для газообразной жидкости. Они могут поддаваться сжатию при возникновении определенных условий. Одной из особенностей этого свойства является скорость всего процесса, а также его равномерность.

Помимо этого, жидкости могут испаряться и вновь конденсироваться. При испарении процесс характеризуется постепенным переходом вещества из жидкого агрегатного состояния в твердое. Конденсация обозначает обратный процесс по отношению к испарению.