เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าทุกสิ่งที่อยู่รอบตัวบุคคล รวมทั้งตัวเขาเอง ล้วนเป็นร่างกายที่ประกอบด้วยสารต่างๆ ในทางกลับกัน สิ่งเหล่านั้นถูกสร้างขึ้นจากโมเลกุล ส่วนหลังมาจากอะตอม และพวกมันมาจากโครงสร้างที่เล็กกว่า อย่างไรก็ตาม ความหลากหลายโดยรอบนั้นยิ่งใหญ่มากจนยากจะจินตนาการถึงความธรรมดาบางอย่าง และมี สารประกอบนับล้าน แต่ละชนิดมีคุณสมบัติ โครงสร้าง และบทบาทเฉพาะตัว โดยรวมแล้ว สถานะเฟสต่างๆ จะแตกต่างกันออกไป โดยสามารถเชื่อมโยงสารทั้งหมดได้
สถานะของสสาร
สถานะรวมของสารประกอบมีสี่ตัวเลือก
- แก๊ส
- ของแข็ง
- ของเหลว
- พลาสม่าเป็นก๊าซไอออไนซ์ที่หายากมาก
ในบทความนี้ เราจะพิจารณาคุณสมบัติของของเหลว ลักษณะโครงสร้าง และพารามิเตอร์ประสิทธิภาพที่เป็นไปได้
การจำแนกของเหลว
หมวดนี้ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของของเหลว โครงสร้างและโครงสร้างทางเคมี ตลอดจนประเภทของปฏิกิริยาระหว่างอนุภาคที่ประกอบเป็นสารประกอบ
- ของเหลวดังกล่าวที่ประกอบด้วยอะตอมที่กองกำลัง Van der Waals ยึดเข้าด้วยกันตัวอย่าง ได้แก่ ก๊าซเหลว (อาร์กอน มีเทน และอื่นๆ)
- สารที่ประกอบด้วยอะตอมที่เหมือนกันสองอะตอม ตัวอย่าง: ก๊าซเหลว - ไฮโดรเจน ไนโตรเจน ออกซิเจน และอื่นๆ
- โลหะเหลว - ปรอท
- สารที่ประกอบด้วยองค์ประกอบที่เชื่อมโยงกันด้วยพันธะโควาเลนต์ ตัวอย่าง: ไฮโดรเจนคลอไรด์ ไฮโดรเจนไอโอไดด์ ไฮโดรเจนซัลไฟด์ และอื่นๆ
- สารประกอบที่มีพันธะไฮโดรเจนอยู่. ตัวอย่าง: น้ำ แอลกอฮอล์ แอมโมเนียในสารละลาย
นอกจากนี้ยังมีโครงสร้างพิเศษ เช่น ผลึกเหลว ของเหลวที่ไม่ใช่นิวโทเนียนซึ่งมีคุณสมบัติพิเศษ
เราจะพิจารณาคุณสมบัติพื้นฐานของของเหลวที่แยกความแตกต่างจากสถานะการรวมตัวอื่นๆ ทั้งหมด ก่อนอื่น สิ่งเหล่านี้คือสิ่งที่เรียกกันทั่วไปว่าทางกายภาพ
คุณสมบัติของของเหลว: รูปร่างและปริมาตร
โดยรวมแล้ว สามารถแยกแยะลักษณะเฉพาะได้ประมาณ 15 ประการ ซึ่งช่วยให้เราอธิบายได้ว่าสารที่เป็นปัญหาคืออะไร และคุณค่าและคุณลักษณะของสารนั้นคืออะไร
คุณสมบัติทางกายภาพประการแรกของของเหลวที่นึกถึงเมื่อกล่าวถึงสถานะของการรวมกลุ่มนี้คือความสามารถในการเปลี่ยนรูปร่างและครอบครองปริมาตรหนึ่ง ตัวอย่างเช่น หากเราพูดถึงรูปแบบของสารที่เป็นของเหลว โดยทั่วไปแล้วจะถือว่าไม่มีสารนี้อยู่ อย่างไรก็ตาม นี่ไม่ใช่กรณี
ภายใต้การกระทำของแรงโน้มถ่วงที่รู้จักกันดี สสารได้รับการเปลี่ยนรูปบางส่วน ดังนั้นรูปร่างของพวกมันจึงหักและไม่แน่นอน อย่างไรก็ตาม หากคุณตกอยู่ในสภาพที่แรงโน้มถ่วงไม่ทำหรือจำกัดอย่างรุนแรงก็จะได้รูปทรงในอุดมคติของลูกบอล ดังนั้น เมื่อมอบหมายงาน: "บอกคุณสมบัติของของเหลว" บุคคลที่คิดว่าตนเองเชี่ยวชาญฟิสิกส์ควรกล่าวถึงข้อเท็จจริงนี้
สำหรับปริมาตร เราควรสังเกตคุณสมบัติทั่วไปของก๊าซและของเหลวในที่นี้ ทั้งคู่สามารถครอบครองพื้นที่ทั้งหมดได้ โดยถูกจำกัดโดยผนังของเรือเท่านั้น
ความหนืด
คุณสมบัติทางกายภาพของของเหลวมีความหลากหลายมาก แต่หนึ่งในนั้นมีเอกลักษณ์เฉพาะตัว เช่น ความหนืด มันคืออะไรและมันถูกกำหนดอย่างไร? พารามิเตอร์หลักที่ค่าภายใต้การพิจารณาขึ้นอยู่กับ:
- ความเครียดในวงแขน;
- เคลื่อนที่ไล่ระดับความเร็ว
การขึ้นต่อกันของค่าที่ระบุเป็นเส้นตรง หากเราอธิบายด้วยคำที่ง่ายกว่า ความหนืดก็เหมือนกับปริมาตร ก็คือคุณสมบัติของของเหลวและก๊าซซึ่งเป็นเรื่องปกติสำหรับพวกมันและบอกเป็นนัยถึงการเคลื่อนไหวที่ไม่จำกัดโดยไม่คำนึงถึงอิทธิพลภายนอก กล่าวคือ หากน้ำไหลออกจากภาชนะ น้ำจะยังคงทำเช่นนั้นภายใต้อิทธิพลใดๆ (แรงโน้มถ่วง แรงเสียดทาน และปัจจัยอื่นๆ)
ซึ่งแตกต่างจากของเหลวที่ไม่ใช่ของนิวโทเนียนซึ่งมีความหนืดมากกว่าและสามารถทิ้งรูไว้ด้านหลังซึ่งเติมเมื่อเวลาผ่านไป
ตัวบ่งชี้นี้จะขึ้นอยู่กับอะไร
- จากอุณหภูมิ. เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ความหนืดของของเหลวบางชนิดจะเพิ่มขึ้น ในทางกลับกันลดลง ขึ้นอยู่กับสารประกอบเฉพาะและโครงสร้างทางเคมี
- จากแรงกดดัน. การเพิ่มขึ้นทำให้ดัชนีความหนืดเพิ่มขึ้น
- จากองค์ประกอบทางเคมีของสสาร ความหนืดเปลี่ยนแปลงเมื่อมีสิ่งสกปรกและสิ่งแปลกปลอมในตัวอย่างสารบริสุทธิ์
ความจุความร้อน
คำนี้หมายถึงความสามารถของสารในการดูดซับความร้อนจำนวนหนึ่งเพื่อเพิ่มอุณหภูมิของตัวเองขึ้นหนึ่งองศาเซลเซียส มีการเชื่อมต่อที่แตกต่างกันสำหรับตัวบ่งชี้นี้ บางตัวมีมากกว่า บางตัวมีความจุความร้อนน้อยกว่า
ตัวอย่างเช่น น้ำเป็นตัวสะสมความร้อนที่ดีมาก ซึ่งช่วยให้สามารถใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับระบบทำความร้อน การปรุงอาหาร และความต้องการอื่นๆ โดยทั่วไป ดัชนีความจุความร้อนเป็นค่าเฉพาะสำหรับของเหลวแต่ละชนิดอย่างเคร่งครัด
แรงตึงผิว
บ่อยครั้งที่ได้รับงาน: "บอกคุณสมบัติของของเหลว" พวกเขาจะนึกถึงแรงตึงผิวในทันที ท้ายที่สุด เด็ก ๆ จะได้รับการแนะนำให้รู้จักกับบทเรียนฟิสิกส์ เคมี และชีววิทยา และแต่ละรายการจะอธิบายพารามิเตอร์ที่สำคัญนี้จากด้านของตัวเอง
คำจำกัดความคลาสสิกของแรงตึงผิวมีดังต่อไปนี้: เป็นขอบเขตเฟส นั่นคือในขณะที่ของเหลวมีปริมาตรหนึ่ง ของเหลวจะล้อมรอบด้านนอกด้วยตัวกลางที่เป็นก๊าซ - อากาศ ไอน้ำ หรือสารอื่นๆ ดังนั้นการแยกเฟสจึงเกิดขึ้นที่จุดสัมผัส
ในขณะเดียวกัน โมเลกุลก็มีแนวโน้มที่จะล้อมรอบตัวเองด้วยอนุภาคให้มากที่สุดเท่าที่จะมากได้ และด้วยเหตุนี้จึงนำไปสู่บีบอัดของเหลวทั้งหมด ดังนั้นพื้นผิวจึงดูยืดออก คุณสมบัติเดียวกันนี้ยังสามารถอธิบายรูปทรงกลมของหยดของเหลวในกรณีที่ไม่มีแรงโน้มถ่วง ท้ายที่สุดมันเป็นรูปแบบที่เหมาะอย่างยิ่งจากมุมมองของพลังงานของโมเลกุล ตัวอย่าง:
- ฟองสบู่;
- น้ำเดือด;
- ของเหลวลดลงในสภาพไร้น้ำหนัก
แมลงบางชนิดได้ปรับตัวให้ "เดิน" บนผิวน้ำได้อย่างแม่นยำเนื่องจากแรงตึงผิว ตัวอย่าง: สไตรเดอร์น้ำ นกน้ำ ด้วงบางตัว
สี
มีคุณสมบัติทั่วไปของของเหลวและของแข็ง หนึ่งในนั้นคือความคล่องตัว ความแตกต่างทั้งหมดคือสำหรับอดีตนั้นไม่จำกัด สาระสำคัญของพารามิเตอร์นี้คืออะไร
ถ้าใช้แรงภายนอกกับตัวของเหลว มันจะแตกเป็นชิ้นๆ และแยกออกจากกัน นั่นคือจะไหล ในกรณีนี้ แต่ละส่วนจะเติมปริมาตรทั้งหมดของเรืออีกครั้ง สำหรับของแข็ง คุณสมบัตินี้มีจำกัดและขึ้นอยู่กับสภาวะภายนอก
ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ
สิ่งเหล่านี้รวมถึงสามพารามิเตอร์ที่กำหนดลักษณะของสารที่เรากำลังพิจารณา:
- ร้อนมาก;
- เย็น;
- เดือด
คุณสมบัติของของเหลวเช่นความร้อนสูงเกินไปและอุณหภูมิต่ำกว่านั้นเกี่ยวข้องโดยตรงกับจุดเดือดและจุดเยือกแข็งวิกฤต (จุด) ตามลำดับ ของเหลวที่ทำให้ร้อนมากเกินไปคือของเหลวที่ผ่านเกณฑ์ของจุดความร้อนวิกฤตเมื่อสัมผัสกับอุณหภูมิ แต่ไม่แสดงสัญญาณของการเดือด
ซุปเปอร์คูลตามลำดับเรียกว่าของเหลวที่ผ่านเกณฑ์จุดวิกฤตของการเปลี่ยนแปลงไปสู่อีกระยะหนึ่งภายใต้อิทธิพลของอุณหภูมิต่ำแต่ยังไม่กลายเป็นของแข็ง
ทั้งครั้งแรกและครั้งที่สอง มีเงื่อนไขสำหรับการแสดงคุณสมบัติดังกล่าว
- ไม่มีผลกระทบทางกลต่อระบบ (การเคลื่อนไหว การสั่น)
- อุณหภูมิสม่ำเสมอโดยไม่ต้องกระโดดและลดลงอย่างกะทันหัน
ข้อเท็จจริงที่น่าสนใจก็คือ ถ้าคุณโยนวัตถุแปลกปลอมลงในของเหลวที่มีความร้อนสูงเกินไป (เช่น น้ำ) มันจะเดือดทันที คุณสามารถรับได้โดยให้ความร้อนภายใต้อิทธิพลของรังสี (ในเตาไมโครเวฟ)
อยู่ร่วมกับสสารอื่นๆ
มีสองตัวเลือกสำหรับพารามิเตอร์นี้
- ของเหลว - แก๊ส. ระบบดังกล่าวแพร่หลายที่สุดเนื่องจากมีอยู่ทุกหนทุกแห่งในธรรมชาติ การระเหยของน้ำเป็นส่วนหนึ่งของวัฏจักรธรรมชาติ ในกรณีนี้ ไอน้ำที่ได้จะเกิดขึ้นพร้อมกันกับน้ำที่เป็นของเหลว ถ้าเราพูดถึงระบบปิด การระเหยก็เกิดขึ้นที่นั่นเช่นกัน แค่ไอน้ำอิ่มตัวอย่างรวดเร็ว และทั้งระบบก็เข้าสู่สมดุล: ของเหลว - ไอน้ำอิ่มตัว
- ของเหลว - ของแข็ง. โดยเฉพาะอย่างยิ่งในระบบดังกล่าว อีกหนึ่งคุณสมบัติที่สังเกตเห็นได้ชัดเจน - การเปียกน้ำ ในปฏิกิริยาระหว่างน้ำกับของแข็ง สารหลังสามารถทำให้เปียกได้ทั้งหมด บางส่วน หรือแม้กระทั่งขับไล่น้ำ มีสารประกอบที่ละลายในน้ำได้เร็วและแทบไม่มีกำหนดในทางปฏิบัติ มีบางประเภทที่ไม่สามารถทำได้เลย (โลหะบางชนิด เพชร และอื่นๆ)
โดยทั่วไป วินัยของไฮโดรแอโรเมคานิกส์นั้นเกี่ยวข้องกับการศึกษาปฏิสัมพันธ์ของของเหลวกับสารประกอบในสถานะการรวมตัวอื่นๆ
การบีบอัด
คุณสมบัติพื้นฐานของของไหลจะไม่สมบูรณ์หากเราไม่พูดถึงความสามารถในการอัด แน่นอนว่าพารามิเตอร์นี้เป็นเรื่องปกติสำหรับระบบแก๊ส อย่างไรก็ตาม สิ่งที่เรากำลังพิจารณาสามารถบีบอัดได้ภายใต้เงื่อนไขบางประการ
ความแตกต่างที่สำคัญคือความเร็วของกระบวนการและความสม่ำเสมอของกระบวนการ ในขณะที่ก๊าซสามารถบีบอัดได้อย่างรวดเร็วและภายใต้แรงดันต่ำ ของเหลวจะถูกบีบอัดอย่างไม่สม่ำเสมอ นานเพียงพอ และภายใต้เงื่อนไขที่เลือกไว้เป็นพิเศษ
การระเหยและการควบแน่นของของเหลว
นี่คือคุณสมบัติอีกสองประการของของเหลว ฟิสิกส์ให้คำอธิบายต่อไปนี้:
- การระเหยเป็นกระบวนการที่กำหนดลักษณะการเปลี่ยนแปลงทีละน้อยของสารจากสถานะของเหลวที่รวมตัวเป็นสถานะของแข็ง สิ่งนี้เกิดขึ้นภายใต้อิทธิพลของผลกระทบจากความร้อนในระบบ โมเลกุลเริ่มเคลื่อนที่และเปลี่ยนโครงผลึกของพวกมันกลายเป็นสถานะก๊าซ กระบวนการนี้สามารถดำเนินต่อไปได้จนกว่าของเหลวทั้งหมดจะถูกแปลงเป็นไอ (สำหรับระบบเปิด) หรือจนกว่าจะสร้างสมดุล (สำหรับเรือปิด)
- การควบแน่นเป็นกระบวนการที่ตรงข้ามกับกระบวนการที่ระบุไว้ข้างต้น ที่นี่ไอผ่านเข้าไปในโมเลกุลของเหลว สิ่งนี้จะเกิดขึ้นจนกว่าจะมีการสร้างสมดุลหรือการเปลี่ยนเฟสที่สมบูรณ์ ไอน้ำจะปล่อยอนุภาคออกสู่ของเหลวมากกว่าที่ปล่อย
ตัวอย่างทั่วไปของกระบวนการทั้งสองนี้ในธรรมชาติ ได้แก่ การระเหยของน้ำจากพื้นผิวมหาสมุทรโลก การควบแน่นในบรรยากาศชั้นบนแล้วผลเสีย
คุณสมบัติทางกลของของไหล
คุณสมบัติเหล่านี้เป็นหัวข้อของการศึกษาวิทยาศาสตร์เช่นไฮโดรแมคคานิกส์ โดยเฉพาะในส่วนของทฤษฎีกลศาสตร์ของไหลและก๊าซ พารามิเตอร์ทางกลหลักที่แสดงลักษณะสถานะของการรวมตัวของสารที่พิจารณา ได้แก่
- ความหนาแน่น;
- share;
- ความหนืด
ภายใต้ความหนาแน่นของของเหลว เข้าใจมวลของมัน ซึ่งมีอยู่ในหนึ่งหน่วยของปริมาตร ตัวบ่งชี้นี้แตกต่างกันไปตามสารประกอบต่างๆ มีข้อมูลที่คำนวณและทดลองแล้วบนตัวบ่งชี้นี้ ซึ่งถูกป้อนในตารางพิเศษ
ความถ่วงจำเพาะถือเป็นน้ำหนักของปริมาตรของเหลวหนึ่งหน่วย ตัวบ่งชี้นี้ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิเป็นอย่างมาก (เมื่อเพิ่มขึ้น น้ำหนักจะลดลง)
ทำไมต้องศึกษาคุณสมบัติทางกลของของเหลว? ความรู้นี้มีความสำคัญต่อการทำความเข้าใจกระบวนการที่เกิดขึ้นในธรรมชาติภายในร่างกายมนุษย์ นอกจากนี้เมื่อสร้างวิธีการทางเทคนิคผลิตภัณฑ์ต่างๆ ท้ายที่สุดแล้ว สารเหลวเป็นรูปแบบการรวมตัวที่พบได้บ่อยที่สุดในโลก
ของไหลที่ไม่ใช่นิวโทเนียนและคุณสมบัติของมัน
คุณสมบัติของก๊าซ ของเหลว ของแข็ง เป็นเป้าหมายของการศึกษาฟิสิกส์ รวมถึงสาขาวิชาที่เกี่ยวข้องบางสาขา อย่างไรก็ตามนอกเหนือจากสารเหลวแบบดั้งเดิมแล้วยังมีสิ่งที่เรียกว่าไม่ใช่ของนิวโทเนียนซึ่งวิทยาศาสตร์นี้ศึกษาด้วย มันคืออะไรและทำไมถึงได้ชื่ออะไร
เพื่อทำความเข้าใจว่าสารประกอบเหล่านี้คืออะไร ต่อไปนี้คือตัวอย่างในครัวเรือนที่พบบ่อยที่สุด:
- "เมือก" ที่เด็กเล่น
- "หมากฝรั่ง" หรือหมากฝรั่งสำหรับมือ
- สีทาอาคารธรรมดา;
- สารละลายแป้งในน้ำเป็นต้น
นั่นคือของเหลวที่มีความหนืดตามไล่ระดับความเร็ว ยิ่งส่งผลกระทบเร็ว ดัชนีความหนืดก็จะยิ่งสูงขึ้น ดังนั้นเมื่อหมากฝรั่งที่มือกระทบพื้นอย่างรุนแรงก็จะกลายเป็นของแข็งที่สามารถแตกเป็นชิ้นเล็กชิ้นน้อยได้
ถ้าปล่อยทิ้งไว้เพียงไม่กี่นาทีมันก็จะกระจายเป็นแอ่งน้ำ ของเหลวที่ไม่ใช่ของนิวโทเนียนเป็นสารที่มีลักษณะเฉพาะในแง่ของคุณสมบัติ ซึ่งไม่เพียงแต่ใช้เพื่อวัตถุประสงค์ทางเทคนิคเท่านั้น แต่ยังใช้เพื่อวัตถุประสงค์ทางวัฒนธรรมและในชีวิตประจำวันด้วย