ФИЗИКА ЖИДКОСТЕЙ
№10,
Физико-математические науки
Быстров Дмитрий Сергеевич
Ключевые слова: ФИЗИКА ЖИДКИХ ТЕЛ; ЖИДКОСТЬ; ТИПЫ ЖИДКОСТЕЙ; PHYSICS OF FLUIDS; LIQUID; LIQUIDS.
Все вещества можно разделить на три агрегатных состояния: твердое, жидкое и газообразное. Это три очень большие группы, нашедшие свое применение во всех областях человеческой деятельности. Жидкости мы используем, как и для поддержания основных жизненных функций не только человека, но и всего живого на планете, так и для создания благ, что направлены на удовлетворения потребностей всего живого. Все вещества очень важны ведь не известно, как пошла бы эволюция на нашей планете, если бы не было какого-либо элемента или вещества, особенно если бы отсутствовала такая важная субстанция как вода.
Жидкие тела отличаются от твердых тел. По этой причине и физика жидких тел кардинально отличается от физики твердых тел.
Например, рассмотрим самую распространенную жидкость на нашей планете – воду. Вода встречается в трех агрегатных состояниях: твердое – лед, жидкое – вода и газообразное – водяной пар. При переходе из одного состояния в другое происходит не только изменение агрегатного состояния вещества, но также происходит изменение физических свойств. При переходе из твердого состояния в жидкое: объем вещества уменьшается, так как молекулы больше не расположены в жесткой кристаллической решетке, температура увеличивается, так как процесс перехода воды из твердого состояния в жидкое называется плавлением и происходит при достижении температуры плавления. У воды при обычном атмосферном давлении она равно нулю градусов Цельсия. Так же в зависимости от изменения давления может изменятся температура плавления, парообразования.
Процесс парообразования — это процесс перехода из жидкого агрегатного состояния в парообразное. Когда вода переходит в пар, то происходит увеличение объема вещества, из-за еще большего ослабления межмолекулярных связей и отдаления молекул, так же для парообразования нужна высокая температура, для воды она достигает ста градусов Цельсия.
Жидкость – это агрегатное состояние тела, промежуточное состояние между твердой и газообразной формой. Сила межмолекулярного взаимодействия меньше чем у твердых тел, что позволяет ей изменять свою форму, но сильнее чем у газообразных тел, что не дает ей перейти в газообразное состояние. Из-за этого свойства жидкость обладает свойствами как твердых тел, так и газообразных тел.
Свойства твердых тел, наблюдаемые у жидкостей:
1. Сохраняют собственный объем;
2. Образуют поверхность;
3. Обладают прочностью на разрыв.
Свойства газов, наблюдаемые у жидкостей:
1. Принимают форму сосуда.
Молекулы располагаются близко друг к другу и взаимодействуют между собой силой межмолекулярной притяжения, она является достаточной для того, чтобы молекулы не могли свободно передвигаться и уходить с места. Молекулы жидкостей колеблются возле положения равновесия. Но если приложить достаточную силу, то молекулы могут преодолеть силу взаимодействия и перейти на другое место. Это объясняется текучестью жидкостей.
Главной характеристикой жидких тел является текучесть. Текучесть – это способность тела вязко или пластично деформироваться под действием даже незначительной внешней силой или суммы сил. Из-за этого способности жидкие тела могут течь струйками или ручьями, или же принимать форму любого сосуда, в котором она находится. Текучестью обладают абсолютно все жидкости на Земле. Текучесть в основном определяется тремя параметрами жидкости: плотностью жидкости, давлением и скоростью движения жидкости.
Когда речь заходит за изучение жидкостей, то все жидкости принято разделять на идеальные и реальные. Различие их заключается в том, что у идеальных жидкостей отсутствует сила внутреннего трения между молекулами. Из-за этого идеальные жидкости не сопротивляются касательным силам сдвига и силам растяжения. Идеальные жидкости нельзя сжать, так как они оказывают несоизмеримо большое сопротивление всем силам сжатия. К сожалению таких жидкостей не существует другими словами это научная абстракция, созданная специально для упрощенного применения физических законов для жидкостей. Теперь рассмотрим другой тип жидкостей. Реальные жидкости в отличии от идеальных имеют силу внутреннего трения между молекулами, так же они в какой-то степени сопротивляются касательным силам сдвига и силам растяжения. В связи с чем работать с реальными жидкостями при изучении физики жидкостей куда сложнее чем с идеальными жидкостями. По этой причине и были созданы идеальные жидкости.
Так же описывая физику жидкостей нельзя не уделить внимание физическим свойствам жидкости таким как:
1. Плотность жидкости. При уменьшении температуры плотность жидкости возрастает, но в природе встречаются жидкости, чья плотность ведет себе совершенно по-другому.
2. Вязкость – это способность газов и жидкостей создавать сопротивление между двигающимися взаимно соприкасающимися поверхностями. Таким образом эта величина равна силе внутреннего трения газов или жидкостей.
3. Поверхностное натяжение жидкости. Данная величина характеризует удельную энергию взаимодействия молекул. Это означает, что, меняя энергию взаимодействия мы изменяем и коэффициент поверхностное натяжение. Таким образом коэффициент поверхностное натяжения зависит от: природы вещества, свойств жидкости, температуры, наличия поверхностно-активных веществ.
4. Теплопроводность – это явления переноса энергии от более нагретых участком тела к менее нагретым участкам тела, осуществляемые за счет хаотического движения молекул.
5. Теплоемкость – это количество теплоты необходимое сообщить жидкости для нагревания одного килограмма жидкости на один градус.
Так же рассматривая жидкости стоит отметить, что их подразделяют на две большие группы: ньютоновские и неньютоновские жидкости
Ньютоновские жидкости полностью подчиняются законам Ньютона. Неньютоновские жидкости – это жидкости, не подчиняющиеся законам Ньютона, то есть при изменении давления или скорости жидкости так же изменяется вязкость.
Таким образом можно подвести итог. Жидкости существуют разные, и квалифицировать их можно по разным признакам. Так же они имеют целый ряд свойств, что похожи на свойства как твердых тел, так и газов, что говорит о том, что жидкости находятся в переходном состоянии между твердым и газообразным агрегатным состоянием. Жидкости очень интересны и сложны, ведь изменив один даже малозначительный параметр, могут измениться все остальные, причем очень значительно.
Список литературы
- Боголюбов Н. Н. «К теории сверхтекучести» Изв. АН СССР, Сер физ. 1947. Том 11. N.1. С. 77-90
- Боголюбов Н. Н. Избранные труды в трех томах. Том 2. Киев: Наукова думка, 1970. С. 210-224
- Трофимова, Т. И. Курс физики [Текст] : учеб. пособие для инженерно-техн. спец. высш. учеб. заведений / Т. И. Трофимова. – 6-е изд., стер. – М.: Высш. шк., 2000. – 542 с.