Молекулярная физика жидкостей

Содержание

В жидкости они представляют собой сплошные среды, молекулы которых не так связаны, как в твердых телах, и поэтому обладают большей подвижностью

И жидкости, и газы являются жидкостями, и некоторые из них, например воздух и вода, имеют жизненно важное значение, поскольку они необходимы для поддержания жизни

Примеры жидкостей: вода, сверхтекучий гелий или плазма крови. Есть материалы, которые кажутся твердыми, но, тем не менее, обладают характеристиками жидкостей, например смолой. Если положить кирпич на большой кусок смолы, можно заметить, что он постепенно опускается, пока не достигнет дна.

Некоторые пластмассы также кажутся твердыми, но на самом деле это жидкости с чрезвычайно высокой вязкостью, способные течь очень медленно.

Перегрев и переохлаждение

Среди увлекательных свойств жидкостей стоит отметить перегрев и переохлаждение. Эти процессы нередко ложатся в основу химических фокусов. При равномерном нагреве, без сильных перепадов температур и механических воздействий, жидкость может нагреться выше точки кипения, не вскипев при этом. Этот процесс получил название перегрев. Если в перегретую жидкость бросить какой-либо предмет, она мгновенно вскипит.

Аналогичным образом происходит и переохлаждение жидкости, то есть ее охлаждение до температуры ниже точки замерзания, минуя само замерзание. При легком ударе переохлажденная жидкость мгновенно кристаллизуется и превращается в лед.

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.

Основные физические свойства жидкостей

В отличие от твердого тела жидкость характеризуется малым сцеплением между частицами, вследствие чего она обладает текучестью и принимает форму сосуда, в который ее помещают.

Жидкости подразделяют на два вида: капельные и газообразные. Капельные жидкости обладают большим сопротивлением сжатию (практически несжимаемы) и малым сопротивлением касательным и растягивающим усилиям (из-за незначительного сцепления частиц и малых сил трения между частицами). Газообразные жидкости характеризуются почти полным отсутствием сопротивления сжатию. К капельным жидкостям относятся вода, бензин, керосин, нефть, ртуть и другие, а к газообразным — все газы.

Гидравлика изучает капельные жидкости. При решении практических задач гидравлики часто пользуются понятием идеальной жидкости — несжимаемой среды, не обладающей внутренним трением между отдельными частицами.

К основным физическим свойствам жидкости относятся плотность, давление, сжимаемость, температурное расширение, вязкость.

Плотность — это отношение массы к объему, занимаемому этой массой. Плотность измеряют в системе СИ в килограммах на кубический метр (кг/м3). Плотность воды составляет 1000 кг/м3.

Используются также укрупненные показатели: – килопаскаль — 1 кПа= 103 Па; – мегапаскаль — 1 МПа = 106 Па.

Сжимаемость жидкости — это ее свойство изменять объем при изменении давления. Это свойство характеризуется коэффициентом объемного сжатия или сжимаемости, выражающим относительное уменьшение объема жидкости при увеличении давления на единицу площади. Для расчетов в области строительной гидравлики воду считают несжимаемой. В связи с этим при решении практических задач сжимаемостью жидкости обычно пренебрегают.

Величина, обратная коэффициенту объемного сжатия, называется модулем упругости. Модуль упругости измеряется в паскалях.

Температурное расширение жидкости при ее нагревании характеризуется коэффициентом температурного расширения, который показывает относительное увеличение объема жидкости при изменении температуры на 1 С.

В отличие от других тел объем воды при ее нагревании от 0 до 4 °С уменьшается. При 4 °С вода имеет наибольшую плотность и наибольший удельный вес; при дальнейшем нагревании ее объем увеличивается. Однако в расчетах многих сооружений при незначительных изменениях температуры воды и давления изменением этого коэффициента можно пренебречь.

Вязкость жидкости — ее свойство оказывать сопротивление относительному движению (сдвигу) частиц жидкости. Силы, возникающие в результате скольжения слоев жидкости, называют силами внутреннего трения, или силами вязкости.

Силы вязкости проявляются при движении реальной жидкости. Если жидкость находится в покое, то вязкость ее может быть принята равной нулю. С увеличением температуры вязкость жидкости быстро уменьшается; остается почти постоянной при изменении давления.

ЧОсновы гидростатикиПонятие о гидравлике

Изучение

Изучением движения и механического равновесия жидкостей и газов, а также их взаимодействия, в том числе с твердыми телами, занимается такой раздел механики как гидроаэромеханика. Его также называют гидродинамикой.

Несжимаемые жидкости изучают в подразделе гидроаэромеханики, который называется просто гидромеханикой. Так как сжимаемость жидкостей очень мала, во многих случаях ею попросту пренебрегают. Сжимаемые жидкости изучает газовая динамика.

Гидромеханику дополнительно подразделяют на гидростатику и гидродинамику (в узком смысле). В первом случае изучается равновесие несжимаемых жидкостей, а во втором – их движение.

Магнитная гидродинамика занимается изучением магнитных и электропроводных жидкостей, а прикладными задачами занимается гидравлика.

Основным законом гидростатики является закон Паскаля. Движение идеальных несжимаемых жидкостей описывается уравнением Эйлера. Для их стационарного потока выполняется закон Бернулли. А формула Торричелли описывает вытекание жидких веществ из отверстий. Движение вязких жидкостей подчиняется уравнению Навье-Стокса, которое, кроме всего прочего, может учитывать и сжимаемость.

Упругие волны и колебания в жидкости (как, впрочем, и в других средах) изучается такая наука как акустика. Гидроакустика – подраздел, который посвящен изучению звука в водной среде для решения задач подводной связи, локации и прочего.

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.

Физические и химические свойства

Жидкости имеют поверхностное натяжение и капиллярность. Они обычно расширяются при повышении температуры и теряют объём при охлаждении, хотя при сжатии он очень изменчив. Объекты, погруженные в жидкость, подвержены явлению, известному под названием плавучесть.

Поскольку жидкие вещества подвергаются действию силы тяжести, их форма определяется ёмкостью. В состоянии покоя они подвержены гравитации, в любой их точке создаётся давление одинаковой величины во все стороны, как это было установлено в соответствии с законом Паскаля.

Жидкие вещества характеризуются тем, что их внутренние силы не зависят от общей деформации, хотя обычно они находятся в связи с ее скоростью. Это то, что отличает деформируемые твёрдые вещества от жидких. Кроме того, они характеризуются наличием сопротивления течению, называемого вязкостью (она также присутствует в вязкоупругих твёрдых веществах). Это означает, что на практике для поддержания скорости в жидкости необходимо приложить силу или давление. Если эта сила прекращается, движение окончательно останавливается через некоторое время.

Вязкость и текучесть

Вязкость — это мера сопротивления вытеснению жидкости при перепаде давления. Когда жидкое вещество протекает, предполагается наличие стационарного слоя жидкости или газа, прилипшего к поверхности материала, через который осуществляется поток. Первый слой натирается приклеенной поверхностью, второй — третьим и т. д. Это трение между последовательными слоями отвечает за противодействие потоку, то есть за вязкость.

Вязкость измеряется в пуазах. Она представляет собой свойство жидкости, в которой необходимо скользить слоем квадратного сантиметра со скоростью 1 см/с по отношению к неподвижному предмету, расположенному на расстоянии 1 см от силы.

Она обычно уменьшается с повышением температуры, хотя некоторые жидкие вещества показывают увеличение вязкости при нагревании. Для газов эта величина увеличивается с ростом температуры. Вязкость определяется с помощью вискозиметра. Среди всех известных сегодня приборов наиболее часто используется вискозиметр Оствальда.

Текучесть — это характеристика жидкостей или газов, дающая им возможность проходить через любое отверстие, даже маленькое. Она обусловлена тем фактом, что жидкое вещество может приобретать любую деформацию без необходимости оказывать механическое напряжение. Оно по существу зависит от ее скорости, а не от нее само́й, в отличие от твёрдых тел, имеющих память формы и испытывающих напряжение, которое больше и дальше от первоначальной формы. То есть в твёрдом теле напряжение связано прежде всего со степенью деформации.

При определённых условиях жидкость может нагреваться выше температуры кипения. В таком состоянии она называется перегретой. Но также есть возможность охлаждать ее ниже точки замерзания. Тогда она называется переохлаждённой.

Другие характеристики

Жидкости имеют объём. Они обладают изменчивостью формы и очень специфическими характеристиками:

1. Сжатие: сила притяжения между равными молекулами.
2. Адгезия: сила притяжения между различными молекулами.
3. Поверхностное натяжение: сила, которая проявляется на поверхности, посредством чего внешний слой жидкости стремится удерживать свой объём в пределах минимальной поверхности.
4. Капиллярность: проникновение жидкостей через трубки (капилляры) очень малого диаметра, где сила сцепления превышает силу тяжести.

Так кратко можно рассказать о жидких состояниях вещества. Более полную информацию о жидких смесях и их строении, а также о том, какие они бывают, школьники узнают из учебника Габриеляна для 11 класса. Разобравшись с темой, ученики записывают на уроках конспекты и решают задачи.

Вязкость и теплоемкость жидкости

Рисунок 3. Вязкость жидкости. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Физические свойства жидкости весьма уникальны и многогранны. Но самым уникальным из них является такое явление, как вязкость. Что это такое и чем определяется? Главные показатели, от которых непосредственно зависит рассматриваемая физическая величина, это: градиент скорости движения и касательное напряжение.

Зависимость указанных параметров всегда линейная. Если же сформулировать данный процесс более простыми словам, то вязкость, как и внутренний объем, — это такие характеристики жидкостей и газов, выступающие для них общими и подразумевающие неограниченное движение независимо от внешних факторов воздействия. То есть, если вода вытекает из какого-либо сосуда, она будет продолжать это делать при любых условиях (трение, сила тяжести и других параметрах).

В этом состоит основное отличие от неньютоновских жидкостей, обладающих большей вязкостью, что помогает им оставлять вслед за движением среды, которая заполняется со временем. Этот показатель напрямую зависит от:

1. Температуры. С повышением температуры вязкость одних элементов увеличивается, а других, наоборот, падает. На такой процесс влияет конкретное соединение и химическое строение жидкости.
2. Давления. Повышение автоматически вызывает увеличение параметра вязкости.
3. Химического состава самого вещества. Вязкость изменяется при наличии определенных примесей и посторонних компонентов в навеске чистого элемента.

Теплоемкость определяет способность физического вещества поглощать любое количество тепла для дальнейшего увеличения собственной температуры примерно на один градус по Цельсию. Существуют различные соединения по указанному показателю. Одни оснащены большей, другие меньшей теплоемкостью.

Пример 2

Например, вода — очень хороший и самый яркий теплонакопитель, что помогает широко использовать ее для систем отопления, приготовления еды и прочих нужд.

В целом, сам показатель теплоемкости в конкретной ситуации может меняться, так как строго индивидуален для отдельно взятого объекта.

Молекулярная теория воды

Существует ряд определенных гипотез, объясняющих строение льда, пара, воды. Все они в какой-то степени опираются на молекулярно-кинетическую теорию строения вещества, чьи основы заложил М. Ломоносов.

Рисунок 2. Масса и размеры молекул. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Данная теория исходит из принципов классической механики, что рассматривает молекулы (атомы) в формате шариков правильной формы, электрически нейтральных, идеально упругих. Такие молекулы склонны подвергаться исключительно механическим соударениям и не испытывать каких-либо электрических сил взаимодействия.

Водяной пар, согласно положениям молекулярно-кинетической теории, представляет собрание молекул, расстояние между ними многократно превышает размеры самих молекул. Молекулы газа, пребывающие в непрерывно-хаотическом движении, пробегают путь между стенками сосудов, где заключен газ и при этом происходит их столкновение между собой на данном пути.

При приближении температуры газа к температуре кипения (100°C) наступает уменьшение скорости молекул, и при соударении силы притяжения между ними возникает больше сил упругих отталкиваний в момент удара. По этой причине газ способен конденсироваться в жидкость.

Замечание 2

Жидкость, в отличие от газа, является совокупностью близкорасположенных между собой молекул. Это расположение настолько близкое, что между ними начинается проявление сил взаимного притяжения. Это не позволяет молекулам жидкости разлетаться в разные стороны, подобно молекулам газа, а только колебаться около собственного равновесного положения.

Наряду с тем, из-за недостаточной плотности строения жидкости, в ней присутствуют свободные места, вследствие чего (исходя из теории Френкеля), обладающие большей энергией молекулы начинают вырываться из своего привычного окружения и скачкообразно перемещаться в соседнее отверстие на расстоянии, равном размерам самих молекул.

Таким образом, молекулы в жидкости относительно редко перемещаются в иные места, большую часть времени они пребывают в «оседлом» состоянии, подвергаясь только колебаниям. При температуре в 100°C (при нормальном атмосферном давлении) вода начнет распадаться на отдельные молекулы, скорость которых уже не способна к преодолению взаимного молекулярного притяжения, поэтому вода становится паром.

В случае охлаждения жидкости можно наблюдать обратный процесс. Начинается уменьшение скоростей колебательного движения молекул, становится более прочной структура жидкости, а сама она переходит в состояние льда (кристаллическое).

Классификация

Самая известная жидкость на планете – вода. Она характеризуется высокой текучестью, замерзанию при 0°C, испарению при 100°C. Вода не имеет высокой вязкости и является универсальным растворителем.

Однако существует множество других жидкостей, отличающихся от воды физико-химическими свойствами. Выделяют основные виды:

• атомарные, состоящие из атомов или сферических молекул (метан, аргон в виде жидкостей);
• двухатомные, состоящие из двух одинаковых атомов вещества (ртуть, жидкий водород, натрий);
• полярные, состоящие из полярных молекул (жидкий бромводород);
• ассоциированные, включающие водородные связи (вода, глицерин).

В физике отдельно выделяют квантовые жидкости и жидкие кристаллы.

Что мы узнали?

Из урока 11 класса узнали, что такое жидкости. Это текучие вязкие вещества, находящиеся между твёрдым и газообразным агрегатными состояниями. Жидкость принимает форму сосуда, но при этом имеет собственный объём. В жидком состоянии вещества находятся в определённом диапазоне температур. При смещении температуры жидкость переходит в твёрдое или газообразное состояние. Выделяют несколько видов жидкости в зависимости от их химического строения.

1. /5

   Вопрос 1 из 5

   Чем характеризуется жидкость?

   • Держит объём, не держит форму, совершает хаотичные движения
   • Держит объём, не держит форму, совершает колебательные движения
   • Держит форму, не держит объём, совершает хаотичные движения
   • Держит форму, не держит объём, совершает колебательные движения

Вязкость

Движущуюся жидкость можно моделировать тонкими слоями, которые движутся относительно друг друга. Вязкость — это трение, которое существует между ними.

Чтобы печатать движение жидкости, к секции прикладывается напряжение сдвига (не очень большое), трение между слоями не позволяет возмущению достигать более глубоких слоев.

В этой модели, если сила приложена к поверхности жидкости, скорость линейно уменьшается в нижних слоях, пока не исчезнет на дне, где жидкость контактирует с поверхностью на остальной части контейнера, который ее содержит.

Математически это выражается следующим образом: величина напряжения сдвига τ пропорциональна изменению скорости с глубиной, что обозначается как Δv / Δy. Константа пропорциональности — это динамическая вязкость жидкости μ:

τ = μ (Δv / Δy)

Это выражение известно как закон вязкости Ньютона, а жидкости, которые следуют ему (некоторые не следуют этой модели), называются ньютоновскими жидкостями.

В Международной системе единицами измерения динамической вязкости являются Па · с, но равновесие, сокращенно P, что эквивалентно 0,1 Па · с.

Волны на поверхности

Если нарушить равновесие участка поверхности жидкости, то тогда она, под действием возвращающих сил, будет двигаться обратно к равновесию. Это движение не ограничивается одним циклом, а превращается в колебания и распространяется на другие участки. Так получаются волны, которые можно наблюдать на поверхности любой жидкости.

Когда в качестве возвращающей силы выступает преимущественно сила тяжести, волны называют гравитационными. Их можно видеть на воде повсеместно. Если же возвращающая сила формируется преимущественно из силы поверхностного натяжения, то волны называют капиллярными. Теперь вы знаете, какое свойство жидкостей обуславливает знакомое всем волнение воды.

Свойства и строение жидкостей

Жидкости склонны к легкому изменению своей формы с сохранением объема. В стандартных условиях они привычно принимают форму емкости, в которой находятся. Поверхность жидкости, что не соприкасается со стенками сосуда, называется свободной. Ее образование происходит вследствие воздействия силы тяжести на молекулы жидкости.

Свойства жидкостей можно объяснить малыми промежутками между их молекулами малы. Так, молекулы упакованы настолько плотным образом, что расстояние между каждыми двумя из них оказывается меньше их размеров.

Объяснить поведение жидкостей на основании характера молекулярного движения, взялся советский ученый Я. И. Френкель. Согласно его исследованию, молекула жидкости будет колебаться около положения временного равновесия, при этом происходит ее столкновение с остальными молекулами из ближнего окружения. Периодически у нее получается совершить «прыжок», чтобы, покинув своих «соседей», продолжить совершать колебания уже в кругу новых.

Замечание 1

По причине малых расстояний между молекулами жидкости, попытка уменьшения объема приводит к состоянию деформации молекул, так начинается их отталкивание друг от друга, чем можно объяснить малую сжимаемость жидкости. В то же время, ее текучесть объясняют тем фактом, что «прыжки» молекул из оседлого положения в иное осуществляются, согласно всем направлениям с равной частотой. Внешняя сила не изменяет существенно число «прыжков» за секунду, а только задает их преимущественное направление, поэтому жидкость и принимает форму сосуда, в котором пребывает.

Свободная поверхность и поверхностное натяжение

Если взглянуть на каплю воды, которая лежит на ровной поверхности, то можно увидеть, что она закруглена. Обусловлено это такими свойствами жидкостей, как образование свободной поверхности и поверхностное натяжение. Способность жидкостей к сохранению объема обуславливает образование свободной поверхности, которая является не иначе как поверхностью раздела фаз: жидкой и газообразной. При соприкосновении этих фаз одного и того же вещества возникают силы, направленные на уменьшение площади плоскости раздела. Их называют поверхностным натяжением. Граница раздела фаз представляет собой упругую мембрану, стремящуюся к стягиванию.

Поверхностное натяжение объясняется также притяжением молекул жидкости друг к другу. Каждая молекула стремится «окружить» себя другими молекулами и уйти с границы раздела. Из-за этого поверхность стремительно уменьшается. Этим объясняется тот факт, что мыльные пузыри и пузыри, образующиеся при кипении, стремятся принять сферическую форму. Если на жидкость будет действовать только сила поверхностного натяжения, она непременно примет такую форму.

Небольшие объекты, плотность которых превышает плотность жидкости, способны оставаться на ее поверхности за счет того, что сила, препятствующая увеличению площади поверхности, больше силы тяготения.

Неньютоновские жидкости и их свойства

Свойства газов, жидкостей, твердых тел являются объектом изучения в физике, а также в некоторых смежных дисциплинах. Однако, помимо традиционных жидких веществ, существуют еще так называемые неньютоновские вещества, которые также изучаются этой наукой. Что они собой представляют и почему получили такое название?

Чтобы понять, что такое такие соединения, приведем самые распространенные бытовые примеры:

• раствор крахмала в воде и так далее.
• «резинка для рук», или жевательная резинка для рук;
• «слизь», в которую играют дети;
• обычная строительная краска;

То есть это жидкости, вязкость которых подчиняется градиенту скорости. Чем быстрее удар, тем выше индекс вязкости. Поэтому при сильном ударе ручной резины о пол она превращается в полностью твердое вещество, которое может расколоться.

Если оставить его в покое, за считанные минуты он буквально растечется в липкую лужу. Неньютоновские жидкости — это уникальные по своим свойствам вещества, которые нашли применение не только в технических целях, но и в культурной и повседневной жизни.

Относительная плотность

Вода и воздух — самые важные жидкости для жизни, поэтому они служат ориентиром друг для друга.

В жидкостях относительная плотность определяется как отношение массы части жидкости к массе равного объема воды (дистиллированной) при 4 ºC и давлении в 1 атмосферу.

На практике он рассчитывается путем деления плотности жидкости на плотность воды в этих условиях (1 г / см3 или 1000 кг / м3), поэтому относительная плотность — безразмерная величина.

Обозначается как ρ_р или sg для удельный вес, что переводится как удельный вес, другое название относительной плотности:

sg = ρ_{жидкость}/ ρ_вода

Например, вещество с sg = 2,5 в 2,5 раза тяжелее воды.

Для газов относительная плотность определяется таким же образом, но вместо использования воды в качестве эталона используется плотность воздуха, равная 1225 кг / м 2.3 при давлении 1 атмосфера и 15 ºC.

Испарение и конденсация

Испарением называют постепенный переход вещества из жидкого состояния в газообразное. В процессе теплового движения часть молекул покидают жидкость, проходя через ее поверхность, и преобразуются в пар. Параллельно с этим другая часть молекул, наоборот, переходит из пара в жидкость. Когда количество соединений, покинувшее жидкость, превышает количество соединений, пришедших в нее, имеет место процесс испарения.

Конденсацией называют процесс, обратный испарению. Во время конденсации жидкость получает из пара больше молекул, чем отдает.

Оба описанных процесса являются неравновесными и могут продолжаться до тех пор, пока не установится локальное равновесие. При этом жидкость может полностью испариться или же вступить со своим паром в равновесие.

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).

Сжимаемость

Когда часть жидкости подвергается объемному напряжению, оно несколько уменьшается. Это уменьшение пропорционально приложенным усилиям, при этом константа пропорциональности равна модуль сжимаемости Или просто сжимаемость.

Если B — модуль сжимаемости, ΔP — изменение давления и ΔV / V — изменение единичного объема, то математически:

B = ΔP / (ΔV / V)

Изменение единичного объема безразмерно, так как это частное между двумя объемами. Таким образом, для сжимаемости используются те же единицы измерения давления.

Как было сказано в начале, газы являются легко сжимаемыми жидкостями, тогда как жидкости — нет, поэтому они имеют модули сжимаемости, сопоставимые с модулями твердого тела.

Определение и общая информация

Жидкое состояние можно охарактеризовать как промежуточную агрегацию между твёрдым и газообразным состоянием. Молекулы в этом случае отличаются тем, что не так близки, как у твёрдых веществ. На химии в 11 классе ученики в этом убеждаются лабораторным путем. Молекулы занимают случайные положения, которые меняются со временем. Межмолекулярные расстояния постоянны в пределах узкого края.

В некоторых жидкостях молекулы имеют предпочтительную ориентацию, в результате чего они обладают анизотропными свойствами (например, показатель преломления), которые варьируются в зависимости от направления внутри материала.

Подобно газу жидкие вещества могут течь и принимать форму контейнера. В отличие от него такие субстанции не рассеиваются, чтобы заполнить каждое пространство, но поддерживают постоянную плотность. Отличительной чертой этого состояния является поверхностное натяжение, вызывающее явление смачивания.

Примеры жидких веществ:

• кровь;
• вода;
• жидкий металл;
• молоко;
• ацетон и т. д.

При соответствующих условиях температуры и давления большинство веществ может существовать в жидком состоянии. Но когда превышается температура кипения, состояние меняется на газообразное, а при достижении точки замерзания жидкость превращается в твёрдое вещество. Однако при атмосферном давлении некоторые твёрдые элементы сублимируют при нагревании, то есть переходят непосредственно из твёрдого состояния в газообразное. Плотность жидкостей обычно несколько меньше, чем того же вещества в твёрдом состоянии. Но особенность воды в том, что в жидком состоянии она более плотная.

Вязкость

Среди главных свойств жидкостей, как и в случае с газами, стоит отметить вязкость. Вязкостью называют способность частиц сопротивляться движению друг относительно друга, то есть внутреннее трение. При движении соседних слоев жидкости относительно друг друга, происходит неизбежное столкновение молекул, и возникают силы, которые затормаживают упорядоченное перемещение. Кинетическая энергия упорядоченного движения преобразуется в тепловую энергию хаотического движения. Если жидкость, помещенную в сосуд, переместить, а затем оставить в покое, то она постепенно остановится, но ее температура возрастет.

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».