Κατά κανόνα, μια ουσία σε υγρή κατάσταση έχει μόνο μία τροποποίηση. (Οι πιο σημαντικές εξαιρέσεις είναι τα κβαντικά υγρά και οι υγροί κρύσταλλοι.) Επομένως, στις περισσότερες περιπτώσεις, ένα υγρό δεν είναι μόνο κατάσταση συνάθροισης, αλλά και η θερμοδυναμική φάση (υγρή φάση).
Όλα τα υγρά συνήθως χωρίζονται σε καθαρά υγρά και μείγματα. Μερικά υγρά μείγματα έχουν μεγάλης σημασίαςγια τη ζωή: αίμα, θαλασσινό νερό κ.λπ. Τα υγρά μπορούν να λειτουργήσουν ως διαλύτες.
Φυσικές ιδιότητες υγρών
- Ρευστότητα
Η κύρια ιδιότητα των υγρών είναι η ρευστότητα. Εάν ασκηθεί εξωτερική δύναμη σε ένα τμήμα ενός υγρού που βρίσκεται σε ισορροπία, τότε προκύπτει μια ροή υγρών σωματιδίων προς την κατεύθυνση που ασκείται αυτή η δύναμη: το υγρό ρέει. Έτσι, υπό την επίδραση μη ισορροπημένων εξωτερικών δυνάμεων, το υγρό δεν διατηρεί το σχήμα του και τη σχετική διάταξη των μερών του και επομένως παίρνει το σχήμα του δοχείου στο οποίο βρίσκεται.
Σε αντίθεση με τα πλαστικά στερεά, ένα υγρό δεν έχει σημείο διαρροής: αρκεί να ασκηθεί μια αυθαίρετα μικρή εξωτερική δύναμη για να ρέει το υγρό.
- Διατήρηση όγκου
Μία από τις χαρακτηριστικές ιδιότητες ενός υγρού είναι ότι έχει ορισμένο όγκο (υπό σταθερές εξωτερικές συνθήκες). Ένα υγρό είναι εξαιρετικά δύσκολο να συμπιεστεί μηχανικά επειδή, σε αντίθεση με ένα αέριο, υπάρχει πολύ μικρός ελεύθερος χώρος μεταξύ των μορίων. Η πίεση που ασκείται σε ένα υγρό που περικλείεται σε ένα δοχείο μεταδίδεται χωρίς αλλαγή σε κάθε σημείο του όγκου αυτού του υγρού (ο νόμος του Pascal ισχύει και για τα αέρια). Αυτό το χαρακτηριστικό, μαζί με την πολύ χαμηλή συμπιεστότητα, χρησιμοποιείται σε υδραυλικές μηχανές.
Τα υγρά γενικά αυξάνονται σε όγκο (διαστέλλονται) όταν θερμαίνονται και μειώνονται σε όγκο (συστέλλονται) όταν ψύχονται. Ωστόσο, υπάρχουν εξαιρέσεις, για παράδειγμα, το νερό συστέλλεται όταν θερμαίνεται, σε κανονική πίεση και θερμοκρασία από 0°C έως περίπου 4°C.
- Ιξώδες
Επιπλέον, τα υγρά (όπως τα αέρια) χαρακτηρίζονται από ιξώδες. Ορίζεται ως η ικανότητα αντίστασης στην κίνηση ενός μέρους σε σχέση με ένα άλλο - δηλαδή ως εσωτερική τριβή.
Όταν γειτονικά στρώματα υγρού κινούνται μεταξύ τους, αναπόφευκτα συμβαίνουν συγκρούσεις μορίων επιπλέον εκείνων που προκαλούνται από τη θερμική κίνηση. Εμφανίζονται δυνάμεις που αναστέλλουν την ομαλή κίνηση. Σε αυτή την περίπτωση, η κινητική ενέργεια της διατεταγμένης κίνησης μετατρέπεται σε θερμική ενέργεια - την ενέργεια της χαοτικής κίνησης των μορίων.
Το υγρό στο δοχείο, που τίθεται σε κίνηση και αφήνεται στην τύχη του, σταδιακά θα σταματήσει, αλλά η θερμοκρασία του θα αυξηθεί.
- Ελεύθερος σχηματισμός επιφάνειας και επιφανειακή τάση
Λόγω της διατήρησης του όγκου, το υγρό μπορεί να σχηματίσει μια ελεύθερη επιφάνεια. Μια τέτοια επιφάνεια είναι η διεπαφή μεταξύ των φάσεων μιας δεδομένης ουσίας: στη μία πλευρά υπάρχει μια υγρή φάση, στην άλλη υπάρχει μια αέρια φάση (ατμός) και, πιθανώς, άλλα αέρια, για παράδειγμα, αέρας.
Εάν η υγρή και η αέρια φάση της ίδιας ουσίας έρθουν σε επαφή, προκύπτουν δυνάμεις που τείνουν να μειώσουν την επιφάνεια διεπαφής - δυνάμεις επιφανειακή τάση. Η διεπαφή συμπεριφέρεται σαν μια ελαστική μεμβράνη που τείνει να συστέλλεται.
Η επιφανειακή τάση μπορεί να εξηγηθεί από την έλξη μεταξύ των υγρών μορίων. Κάθε μόριο έλκει άλλα μόρια και τείνει να «περιβάλλεται» με αυτά, πράγμα που σημαίνει να φύγει από την επιφάνεια. Αντίστοιχα, η επιφάνεια τείνει να μειώνεται.
Να γιατί φυσαλλίδαΚαι όταν βράζουν, οι φυσαλίδες τείνουν να παίρνουν σφαιρικό σχήμα: για έναν δεδομένο όγκο, μια σφαίρα έχει την ελάχιστη επιφάνεια. Εάν σε ένα υγρό ενεργούν μόνο δυνάμεις επιφανειακής τάσης, αυτό θα πάρει αναγκαστικά σφαιρικό σχήμα - για παράδειγμα, πέφτει νερό σε μηδενική βαρύτητα.
Μικρά αντικείμενα με πυκνότητα μεγαλύτερη από αυτή του υγρού μπορούν να «επιπλέουν» στην επιφάνεια του υγρού, αφού η δύναμη της βαρύτητας είναι μικρότερη από τη δύναμη που εμποδίζει την αύξηση της επιφάνειας. (Δείτε Επιφανειακή τάση.)
- Εξάτμιση και συμπύκνωση
- Διάχυση
Όταν υπάρχουν δύο μικτά υγρά σε ένα δοχείο, τα μόρια, ως αποτέλεσμα της θερμικής κίνησης, αρχίζουν να περνούν σταδιακά από τη διεπιφάνεια και έτσι τα υγρά αναμειγνύονται σταδιακά. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται διάχυση (συμβαίνει επίσης σε ουσίες σε άλλες καταστάσεις συσσωμάτωσης).
- Υπερθέρμανση και υποθερμία
Ένα υγρό μπορεί να θερμανθεί πάνω από το σημείο βρασμού του, έτσι ώστε να μην υπάρξει βρασμός. Αυτό απαιτεί ομοιόμορφη θέρμανση, χωρίς σημαντικές αλλαγές θερμοκρασίας εντός του όγκου και χωρίς μηχανικές επιρροές, όπως η δόνηση. Αν ρίξετε κάτι σε ένα υπερθερμασμένο υγρό, θα βράσει αμέσως. Υπερθερμασμένο νερό λαμβάνεται εύκολα σε φούρνο μικροκυμάτων.
Υπερψύξη είναι η ψύξη ενός υγρού κάτω από το σημείο πήξης του χωρίς να μετατραπεί σε στερεή κατάσταση συσσωμάτωσης. Όπως και με την υπερθέρμανση, η υπερψύξη απαιτεί την απουσία κραδασμών και σημαντικές αλλαγές θερμοκρασίας.
- Κύματα πυκνότητας
Αν και ένα υγρό είναι εξαιρετικά δύσκολο να συμπιεστεί, ο όγκος και η πυκνότητά του εξακολουθούν να αλλάζουν όταν αλλάζει η πίεση. Αυτό δεν συμβαίνει αμέσως. Έτσι, εάν μια περιοχή συμπιέζεται, τότε αυτή η συμπίεση μεταδίδεται σε άλλες περιοχές με καθυστέρηση. Αυτό σημαίνει ότι τα ελαστικά κύματα, πιο συγκεκριμένα τα κύματα πυκνότητας, είναι ικανά να διαδοθούν μέσα στο υγρό. Μαζί με την πυκνότητα αλλάζουν και άλλοι παράγοντες. φυσικές ποσότητες, για παράδειγμα, θερμοκρασία.
Εάν η πυκνότητα αλλάζει αρκετά ασθενώς καθώς το κύμα διαδίδεται, ένα τέτοιο κύμα ονομάζεται ηχητικό κύμα, ή ήχος.
Εάν η πυκνότητα αλλάξει αρκετά έντονα, τότε ένα τέτοιο κύμα ονομάζεται κρουστικό κύμα. Το κρουστικό κύμα περιγράφεται από άλλες εξισώσεις.
Τα κύματα πυκνότητας σε ένα υγρό είναι διαμήκη, δηλαδή η πυκνότητα αλλάζει κατά την κατεύθυνση διάδοσης του κύματος. Δεν υπάρχουν εγκάρσια ελαστικά κύματα στο υγρό λόγω μη διατήρησης του σχήματος.
Τα ελαστικά κύματα σε ένα υγρό εξασθενούν με την πάροδο του χρόνου, η ενέργειά τους σταδιακά μετατρέπεται σε θερμική ενέργεια. Οι λόγοι της εξασθένησης είναι το ιξώδες, η «κλασική απορρόφηση», η μοριακή χαλάρωση και άλλα. Σε αυτή την περίπτωση, λειτουργεί το λεγόμενο δεύτερο ή ογκομετρικό ιξώδες - εσωτερική τριβή όταν αλλάζει η πυκνότητα. Το κρουστικό κύμα, ως αποτέλεσμα της εξασθένησης, μετά από κάποιο χρονικό διάστημα μετατρέπεται σε ηχητικό κύμα.
Τα ελαστικά κύματα σε ένα υγρό υπόκεινται επίσης σε σκέδαση από ανομοιογένειες που προκύπτουν από τη χαοτική θερμική κίνηση των μορίων.
- Κύματα στην επιφάνεια
Εάν μετακινήσετε ένα τμήμα της επιφάνειας του υγρού από τη θέση ισορροπίας, τότε υπό τη δράση των δυνάμεων αποκατάστασης η επιφάνεια αρχίζει να μετακινείται πίσω στη θέση ισορροπίας. Αυτή η κίνηση όμως δεν σταματά, αλλά μετατρέπεται σε ταλαντωτική κίνηση κοντά στη θέση ισορροπίας και εξαπλώνεται σε άλλες περιοχές. Έτσι εμφανίζονται τα κύματα στην επιφάνεια του υγρού.
Εάν η δύναμη επαναφοράς είναι κυρίως η βαρύτητα, τότε τέτοια κύματα ονομάζονται βαρυτικά κύματα (δεν πρέπει να συγχέονται με τα κύματα βαρύτητας). Τα βαρυτικά κύματα στο νερό φαίνονται παντού.
Εάν η δύναμη επαναφοράς είναι κυρίως η δύναμη της επιφανειακής τάσης, τότε τέτοια κύματα ονομάζονται τριχοειδή.
Εάν αυτές οι δυνάμεις είναι συγκρίσιμες, τέτοια κύματα ονομάζονται κύματα τριχοειδούς βαρύτητας.
Τα κύματα στην επιφάνεια ενός υγρού αποσυντίθενται υπό την επίδραση του ιξώδους και άλλων παραγόντων.
- Συνύπαρξη με άλλες φάσεις
Τυπικά μιλώντας, για την ισορροπία συνύπαρξης υγρής φάσης με άλλες φάσεις της ίδιας ουσίας -αέριας ή κρυσταλλικής- απαιτούνται αυστηρά καθορισμένες συνθήκες. Έτσι, σε μια δεδομένη πίεση, απαιτείται μια αυστηρά καθορισμένη θερμοκρασία. Ωστόσο, στη φύση και στην τεχνολογία παντού, το υγρό συνυπάρχει με τον ατμό, ή και με μια στερεή κατάσταση συσσωμάτωσης - για παράδειγμα, νερό με ατμό και συχνά με πάγο (αν θεωρήσουμε τον ατμό ως ξεχωριστή φάση που υπάρχει μαζί με τον αέρα). Αυτό οφείλεται στους ακόλουθους λόγους.
Κατάσταση ανισορροπίας. Χρειάζεται χρόνος για να εξατμιστεί ένα υγρό· μέχρι να εξατμιστεί τελείως το υγρό, συνυπάρχει με τον ατμό. Στη φύση, το νερό εξατμίζεται συνεχώς, όπως και η αντίστροφη διαδικασία - η συμπύκνωση.
Κλειστός τόμος. Το υγρό σε ένα κλειστό δοχείο αρχίζει να εξατμίζεται, αλλά επειδή ο όγκος είναι περιορισμένος, η τάση ατμών αυξάνεται, κορεσμένο ακόμη και πριν εξατμιστεί τελείως το υγρό, εάν η ποσότητα του ήταν αρκετά μεγάλη. Όταν επιτευχθεί η κατάσταση κορεσμού, η ποσότητα του εξατμιζόμενου υγρού είναι ίση με την ποσότητα του συμπυκνωμένου υγρού, το σύστημα έρχεται σε ισορροπία. Έτσι, σε περιορισμένο όγκο, μπορούν να δημιουργηθούν οι απαραίτητες συνθήκες για την ισορροπία συνύπαρξης υγρού και ατμού.
Η παρουσία της ατμόσφαιρας σε συνθήκες γήινης βαρύτητας. Ένα υγρό επηρεάζεται από την ατμοσφαιρική πίεση (αέρας και ατμός), ενώ για τον ατμό πρέπει να λαμβάνεται υπόψη σχεδόν μόνο η μερική του πίεση. Επομένως, υγρό και ατμός πάνω από την επιφάνειά του αντιστοιχούν σε διαφορετικά σημεία στο διάγραμμα φάσεων, στην περιοχή ύπαρξης της υγρής φάσης και στην περιοχή ύπαρξης της αέριας φάσης, αντίστοιχα. Αυτό δεν ακυρώνει την εξάτμιση, αλλά η εξάτμιση απαιτεί χρόνο κατά τον οποίο συνυπάρχουν και οι δύο φάσεις. Χωρίς αυτή την κατάσταση, τα υγρά θα έβραζαν και θα εξατμίζονταν πολύ γρήγορα.
Θεωρία
Μηχανική
Ένα τμήμα της μηχανικής είναι αφιερωμένο στη μελέτη της κίνησης και της μηχανικής ισορροπίας υγρών και αερίων και της αλληλεπίδρασής τους μεταξύ τους και με τα στερεά - υδροαερομηχανική (συχνά ονομάζεται επίσης υδροδυναμική). Η αερομηχανική των ρευστών είναι μέρος ενός γενικότερου κλάδου της μηχανικής, της μηχανικής συνεχούς.
Η ρευστομηχανική είναι ένας κλάδος της υδροαερομηχανικής που ασχολείται με τα ασυμπίεστα ρευστά. Δεδομένου ότι η συμπιεστότητα των υγρών είναι πολύ μικρή, σε πολλές περιπτώσεις μπορεί να παραμεληθεί. Η δυναμική του αερίου είναι αφιερωμένη στη μελέτη συμπιεστών υγρών και αερίων.
Η ρευστομηχανική χωρίζεται στην υδροστατική, η οποία μελετά την ισορροπία των ασυμπίεστων ρευστών και στην υδροδυναμική (με τη στενή έννοια), που μελετά την κίνησή τους.
Η κίνηση των ηλεκτρικά αγώγιμων και μαγνητικών ρευστών μελετάται στη μαγνητοϋδροδυναμική. Τα υδραυλικά χρησιμοποιούνται για την επίλυση εφαρμοζόμενων προβλημάτων.
Ο θεμελιώδης νόμος της υδροστατικής είναι ο νόμος του Pascal.
2. Υγρά από διατομικά μόρια που αποτελούνται από πανομοιότυπα άτομα (υγρό υδρογόνο, υγρό άζωτο). Τέτοια μόρια έχουν τετραπολική ροπή.
4. Υγρά που αποτελούνται από πολικά μόρια που συνδέονται με αλληλεπίδραση διπόλου-διπόλου (υγρό υδροβρώμιο).
5. Συναφή υγρά, ή υγρά με δεσμούς υδρογόνου (νερό, γλυκερίνη).
6. Υγρά που αποτελούνται από μεγάλα μόρια για τα οποία οι εσωτερικοί βαθμοί ελευθερίας είναι σημαντικοί.
Τα υγρά των δύο πρώτων ομάδων (μερικές φορές και των τριών) ονομάζονται συνήθως απλά. Τα απλά υγρά έχουν μελετηθεί καλύτερα από άλλα· το νερό είναι το πιο καλά μελετημένο από τα πολύπλοκα υγρά. Αυτή η ταξινόμηση δεν περιλαμβάνει κβαντικά υγρά και υγρούς κρυστάλλους, που αποτελούν ειδικές περιπτώσεις και πρέπει να εξεταστούν χωριστά.
Στατιστική θεωρία
Η δομή και οι θερμοδυναμικές ιδιότητες των υγρών μελετώνται με μεγαλύτερη επιτυχία χρησιμοποιώντας την εξίσωση Percus-Yevik.
Αν χρησιμοποιήσουμε το μοντέλο σκληρής μπάλας, δηλαδή, θεωρούμε ότι τα υγρά μόρια είναι μπάλες με διάμετρο ρε, τότε η εξίσωση Percus-Yevick μπορεί να λυθεί αναλυτικά και να ληφθεί η εξίσωση κατάστασης του υγρού:
Οπου n- αριθμός σωματιδίων ανά μονάδα όγκου, 
- αδιάστατη πυκνότητα. Σε χαμηλές πυκνότητες, αυτή η εξίσωση μετατρέπεται στην εξίσωση της κατάστασης ενός ιδανικού αερίου: 
. Για εξαιρετικά υψηλές πυκνότητες, λαμβάνεται η εξίσωση κατάστασης ενός ασυμπίεστου ρευστού: .
Το μοντέλο στερεάς μπάλας δεν λαμβάνει υπόψη την έλξη μεταξύ των μορίων, επομένως δεν υπάρχει απότομη μετάβαση μεταξύ υγρού και αερίου όταν αλλάζουν οι εξωτερικές συνθήκες.
Εάν πρέπει να έχετε πιο ακριβή αποτελέσματα, τότε καλύτερη περιγραφήη δομή και οι ιδιότητες ενός ρευστού επιτυγχάνονται χρησιμοποιώντας τη θεωρία διαταραχών. Σε αυτή την περίπτωση, το μοντέλο σκληρής μπάλας θεωρείται μηδενική προσέγγιση και οι ελκτικές δυνάμεις μεταξύ των μορίων θεωρούνται διαταραχή και παρέχουν διορθώσεις.
Θεωρία συστάδων
Ενας από σύγχρονες θεωρίεςεξυπηρετεί «Θεωρία συμπλέγματος». Βασίζεται στην ιδέα ότι ένα υγρό αναπαρίσταται ως συνδυασμός στερεού και αερίου. Σε αυτή την περίπτωση, τα σωματίδια στερεάς φάσης (κρύσταλλοι που κινούνται σε μικρές αποστάσεις) βρίσκονται σε ένα νέφος αερίου, σχηματίζοντας δομή συμπλέγματος. Η ενέργεια των σωματιδίων αντιστοιχεί στην κατανομή Boltzmann, ενώ η μέση ενέργεια του συστήματος παραμένει σταθερή (εφόσον είναι απομονωμένη). Τα αργά σωματίδια συγκρούονται με τα σμήνη και γίνονται μέρος τους. Έτσι η διαμόρφωση των συστάδων αλλάζει συνεχώς, το σύστημα βρίσκεται σε κατάσταση δυναμικής ισορροπίας. Όταν δημιουργείται μια εξωτερική επιρροή, το σύστημα θα συμπεριφέρεται σύμφωνα με την αρχή του Le Chatelier. Έτσι, είναι εύκολο να εξηγηθεί ο μετασχηματισμός φάσης:
- Όταν θερμανθεί, το σύστημα θα μετατραπεί σταδιακά σε αέριο (βράζει)
- Όταν κρυώσει, το σύστημα θα μετατραπεί σταδιακά σε στερεό (κατάψυξη).
Πειραματικές μέθοδοι έρευνας
Η δομή των υγρών μελετάται χρησιμοποιώντας τις μεθόδους της δομικής ανάλυσης ακτίνων Χ, της περίθλασης ηλεκτρονίων και της περίθλασης νετρονίων.
δείτε επίσης
- Χαρακτηριστικά του επιφανειακού στρώματος του υγρού
Συνδέσεις
| Θερμοδυναμικές καταστάσεις της ύλης | |
|---|---|
| Φυσική: Στερεό ΥγρόΠλάσμα αερίου | |
| Στερεός | |
| Υγρό | ΥγράΗλεκτρολύτες Λιώνουν |
| Αέριο | Αέρια Ατμού |
| Πλάσμα αίματος | Πλάσμα κουάρκ-γλουονίου |
| Σημεία μετάβασης | |
| Θερμοδυναμικές φάσεις κβαντικό υγρό |
|
| Διασκορπισμένα συστήματα | |
| δείτε επίσης | |
Ίδρυμα Wikimedia. 2010.
Δείτε τι είναι το "Liquids" σε άλλα λεξικά:
ΥΓΡΑ- ΥΓΡΑ, Γ φυσική. Από την άποψη, ένα υγρό μπορεί να θεωρηθεί μια ουσία της οποίας τα μόρια μπορούν εύκολα να μετακινηθούν μεταξύ τους και η δαπάνη δύναμης σε αυτή την κίνηση είναι ασήμαντη. Ζ. παίζουν τεράστιο ρόλο στη βιολ. φαινόμενα όταν... Μεγάλη Ιατρική Εγκυκλοπαίδεια
Σώματα που χαρακτηρίζονται, όπως τα αέρια, από την ικανότητα ροής (βλ. Ιξώδες), την ειδική κινητικότητα των σωματιδίων και ταυτόχρονα την κατοχή ενός ορισμένου όγκου που περιορίζεται από την ίδια την επιφάνεια του σώματος. Η τελευταία ιδιότητα φέρνει τα υγρά πιο κοντά στα στερεά. Ενταση ΗΧΟΥ … εγκυκλοπαιδικό λεξικόΦΑ. Brockhaus και I.A. Έφρον
In va σε συμπυκνωμένη κατάσταση συσσωμάτωσης, ενδιάμεσο μεταξύ στερεού και αερίου. Το Β βρίσκεται σε υγρή κατάσταση σε πιέσεις μεγαλύτερες από την πίεση στο τριπλό σημείο και σε θερμοκρασία pax, καταλήγοντας. στην περιοχή από τη θερμοκρασία κρυστάλλωσης έως τη θερμοκρασία… … Μεγάλο Εγκυκλοπαιδικό Πολυτεχνικό Λεξικό
Υγρά- ουσίες σε συμπυκνωμένη κατάσταση συσσωμάτωσης, ενδιάμεσες μεταξύ στερεών (διατήρηση όγκου, αντοχή σε εφελκυσμό) και αερίων (μεταβλητότητα σχήματος). Τα υγρά χαρακτηρίζονται από σειρά μικρής εμβέλειας στη διάταξη των σωματιδίων (μόρια, άτομα), δηλαδή... ... Οι απαρχές της σύγχρονης φυσικής επιστήμης
ΥΓΡΑ- Ουσίες των οποίων η πίεση κορεσμένων ατμών σε θερμοκρασία 25°C και πίεση 101,3 kPa είναι μικρότερη από 101,3 kPa. Τα υγρά περιλαμβάνουν επίσης στερεές ουσίες τήξης των οποίων το σημείο τήξης ή πτώσης είναι μικρότερο από 50°C. GOST 12.1.044 89 ... Ολοκληρωμένη παροχή ασφάλειας και αντιτρομοκρατικής προστασίας κτιρίων και κατασκευών
Σε ποιες μεταβολικές αντιδράσεις το νερό είναι η πρώτη ύλη για τη σύνθεση υδατανθράκων;
Απάντηση
Στις αντιδράσεις της φωτοσύνθεσης και της χημειοσύνθεσης.
Σε ποιες μεταβολικές αντιδράσεις το νερό είναι το τελικό προϊόν;
Απάντηση
Σε αντιδράσεις οξείδωσης οργανική ύληστη διαδικασία του ενεργειακού μεταβολισμού.
Γιατί τα κύτταρα του σώματος αφυδατώνονται κατά τη διάρκεια της αναστολής κινουμένων σχεδίων σε χαμηλές θερμοκρασίες;
Απάντηση
Σε αρνητικές θερμοκρασίες, το νερό μετατρέπεται σε πάγο και οι κρύσταλλοι του πάγου καταστρέφουν τα κύτταρα. Για να μην συμβεί αυτό, τα κύτταρα αφυδατώνονται.
Γιατί καταστρέφονται τα ερυθρά αιμοσφαίρια όταν τοποθετούνται σε απεσταγμένο νερό; Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας.
Απάντηση
Αυτή είναι η κίνηση του νερού μέσω της μεμβράνης προς μεγαλύτερη συγκέντρωση ουσιών. Η συγκέντρωση των ουσιών στο κυτταρόπλασμα ενός ερυθροκυττάρου είναι υψηλότερη από ό,τι στο απεσταγμένο νερό, επομένως το νερό θα εισέλθει στα ερυθροκύτταρα, προκαλώντας τη διόγκωση του ερυθροκυττάρου και στη συνέχεια τη διάρρηξη.
Γιατί είναι τα ερυθρά αιμοσφαίρια γλυκό νερόσκάει, αλλά η παντόφλα βλεφαρίδες και η χλαμυδομονάδα όχι;
Απάντηση
Αυτή είναι η κίνηση του νερού μέσω της μεμβράνης προς μεγαλύτερη συγκέντρωση ουσιών. Η συγκέντρωση των ουσιών στο κυτταρόπλασμα ενός ζωντανού κυττάρου είναι υψηλότερη από ό,τι στο γλυκό νερό, επομένως το νερό θα εισέλθει στο κύτταρο. Τα ερυθρά αιμοσφαίρια θα διογκωθούν και μετά θα σκάσουν. Ο χλαμυδομόνας θα φουσκώσει με νερό, αλλά δεν θα το αφήσει να σκάσει κυτταρικό τοίχωμα. Η βλεφαρίδα της παντόφλας θα αντλήσει νερό χρησιμοποιώντας συσταλτικά κενοτόπια.
Για τη διατήρηση των κυττάρων επιθηλιακός ιστόςτοποθετήθηκαν σε αποστειρωμένο απεσταγμένο νερό. Ωστόσο, μετά από λίγο καιρό, όλα τα κελιά καταστράφηκαν. Εξήγησε γιατί.
=
Τι συμβαίνει στα κύτταρα του επιθηλιακού ιστού εάν τοποθετηθούν σε νερό; Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας.
Απάντηση
Η συγκέντρωση ουσιών στο κυτταρόπλασμα των κυττάρων του επιθηλιακού ιστού είναι υψηλότερη από ό,τι στο απεσταγμένο νερό, έτσι το νερό εισήλθε στα κύτταρα μέσω της όσμωσης, προκαλώντας τα κύτταρα να διογκωθούν και στη συνέχεια να σκάσουν.
Μια λεπτή φέτα κονδύλου πατάτας τοποθετήθηκε σε απεσταγμένο νερό. Τι αλλαγές θα συμβούν στα κελιά του μετά από κάποιο χρονικό διάστημα; Εξήγησε την απάντησή σου.
Απάντηση
Το νερό θα εισχωρήσει στα κύτταρα λόγω της όσμωσης, τα κύτταρα θα διογκωθούν και θα είναι σε κατάσταση στροβιλισμού. Φυτικά κύτταραμην σκάνε σε γλυκό νερό γιατί έχουν σκληρό κυτταρικό τοίχωμα.
Ποιες συνέπειες μπορεί να προκύψουν από την προσθήκη περίσσειας ορυκτών λιπασμάτων στο έδαφος;
Απάντηση
1) Η συγκέντρωση του εδαφικού διαλύματος θα αυξηθεί, καθιστώντας δυσκολότερη την απορρόφηση νερού από τις ρίζες των φυτών.
2) Θα ανασταλεί η ζωτική δραστηριότητα των μικροοργανισμών του εδάφους (σε αλμυρό διάλυμα δεν θα μπορούν να πολλαπλασιαστούν γρήγορα).
3) Με τη βροχή, η περίσσεια λιπάσματος θα ξεπλυθεί σε δεξαμενές και οι δεξαμενές θα «ανθίσουν».
Το χειμώνα χρησιμοποιείται αλάτι στους δρόμους για την πρόληψη του πάγου. Σε ποιες αλλαγές στα υδάτινα σώματα και στο έδαφος οδηγεί αυτό;
Απάντηση
Η αλατότητα του εδάφους θα δυσκολέψει τα φυτά να πάρουν νερό από το έδαφος. Η αλάτωση των υδάτινων σωμάτων οδηγεί στο γεγονός ότι οι υδρόβιοι οργανισμοί αφυδατώνονται και ο μεταβολισμός τους διαταράσσεται.
Έγχυση μεγάλων δόσεων σε φλέβα φάρμακασυνοδεύεται από την αραίωσή τους αλατούχο διάλυμα(διάλυμα 0,9%. επιτραπέζιο αλάτι). Εξήγησε γιατί.
Απάντηση
Εάν τα φάρμακα δεν αραιωθούν, θα εγχυθούν συμπυκνωμένες ουσίες στη φλέβα. Αυτό θα οδηγήσει σε τοπική αύξηση της συγκέντρωσης του αίματος, τα ερυθρά αιμοσφαίρια θα συρρικνωθούν, το νερό θα μετακινηθεί από τα κύτταρα στο αίμα και θα εμφανιστεί πρήξιμο. Μια συγκέντρωση 0,9% αντιστοιχεί στη συγκέντρωση του πλάσματος του αίματος, δεν υπάρχουν αρνητικές επιπτώσεις.
Ένα υγρό είναι μια ουσία που βρίσκεται σε κατάσταση συσσωμάτωσης που είναι ενδιάμεση μεταξύ στερεού και αερίου. Επιπλέον, η κατάστασή του, όπως στην περίπτωση των στερεών, είναι συμπυκνώσιμη, δηλαδή προϋποθέτει σύνδεση μεταξύ σωματιδίων (άτομα, μόρια, ιόντα). Ένα υγρό έχει ιδιότητες που το διακρίνουν θεμελιωδώς από ουσίες που βρίσκονται σε άλλες καταστάσεις συσσωμάτωσης. Το κύριο είναι η ικανότητα επανειλημμένης αλλαγής σχήματος υπό την επίδραση μηχανικής καταπόνησης χωρίς απώλεια όγκου. Σήμερα θα μάθουμε τι ιδιότητες έχουν τα υγρά και ποιες είναι γενικά.
γενικά χαρακτηριστικά
Ένα αέριο δεν διατηρεί όγκο και σχήμα, ένα στερεό διατηρεί και τα δύο, και ένα υγρό διατηρεί μόνο όγκο. Γι' αυτό η υγρή κατάσταση συσσωμάτωσης θεωρείται ενδιάμεση. Η επιφάνεια ενός υγρού μοιάζει με ελαστική μεμβράνη και καθορίζει το σχήμα του. Μόρια τέτοιων σωμάτων, αφενός, δεν έχουν ορισμένη θέση, και από την άλλη, δεν μπορούν να αποκτήσουν πλήρη ελευθερία κινήσεων. Μπορούν να σχηματίσουν σταγονίδια και να ρέουν κάτω από την επιφάνεια τους. Υπάρχει μια έλξη μεταξύ των μορίων ενός υγρού, η οποία είναι αρκετή για να τα κρατήσει σε κοντινή απόσταση.
Η ουσία παραμένει σε υγρή κατάσταση σε ένα συγκεκριμένο εύρος θερμοκρασίας. Εάν η θερμοκρασία πέσει κάτω από αυτήν, συμβαίνει μια μετάβαση στερεά μορφή(κρυστάλλωση), και αν ανέβει ψηλότερα, σε αέρια μορφή (εξάτμιση). Τα όρια αυτού του διαστήματος για το ίδιο υγρό μπορεί να κυμαίνονται ανάλογα με την πίεση. Για παράδειγμα, στα βουνά, όπου η πίεση είναι σημαντικά χαμηλότερη από ό,τι στις πεδιάδες, το νερό βράζει σε χαμηλότερη θερμοκρασία.
Τυπικά, ένα υγρό έχει μόνο μία τροποποίηση, και επομένως είναι ταυτόχρονα μια κατάσταση συσσωματώματος και μια θερμοδυναμική φάση. Όλα τα υγρά χωρίζονται σε καθαρές ουσίες και μείγματα. Μερικά από αυτά τα μείγματα έχουν καθοριστική σημασία για την ανθρώπινη ζωή: αίμα, θαλασσινό νερόκαι άλλοι.
Ας εξετάσουμε τις βασικές ιδιότητες των υγρών.
Ρευστότητα
Το υγρό διαφέρει από άλλες ουσίες κυρίως ως προς τη ρευστότητά του. Εάν ασκηθεί εξωτερική δύναμη σε αυτό, εμφανίζεται μια ροή σωματιδίων προς την κατεύθυνση της εφαρμογής της. Έτσι, όταν εκτίθεται σε εξωτερικές μη ισορροπημένες δυνάμεις, το υγρό δεν είναι ικανό να διατηρήσει το σχήμα και τη σχετική θέση των σωματιδίων. Για τον ίδιο λόγο παίρνει το σχήμα του αγγείου στο οποίο πέφτει. Σε αντίθεση με τα στερεά πλαστικά σώματα, τα υγρά δεν έχουν σημείο διαρροής, δηλαδή ρέουν με την παραμικρή έξοδο από την κατάσταση ισορροπίας.
Διατήρηση όγκου
Μία από τις χαρακτηριστικές φυσικές ιδιότητες των υγρών είναι η ικανότητα διατήρησης του όγκου υπό μηχανική καταπόνηση. Είναι εξαιρετικά δύσκολο να συμπιεστούν λόγω της υψηλής πυκνότητας των μορίων. Σύμφωνα με το νόμο του Pascal, η πίεση που ασκείται σε ένα υγρό που περικλείεται σε ένα δοχείο μεταδίδεται χωρίς αλλαγή σε κάθε σημείο του όγκου του. Μαζί με την ελάχιστη συμπιεστότητα, αυτό το χαρακτηριστικό χρησιμοποιείται ευρέως στα υδραυλικά. Τα περισσότερα υγρά αυξάνονται σε όγκο όταν θερμαίνονται και μειώνονται όταν ψύχονται.
Ιξώδες
Μεταξύ των κύριων ιδιοτήτων των υγρών, όπως στην περίπτωση των αερίων, αξίζει να σημειωθεί το ιξώδες. Το ιξώδες είναι η ικανότητα των σωματιδίων να αντιστέκονται σε κίνηση σε σχέση μεταξύ τους, δηλαδή στην εσωτερική τριβή. Όταν γειτονικά στρώματα υγρού κινούνται μεταξύ τους, συμβαίνει μια αναπόφευκτη σύγκρουση μορίων και προκύπτουν δυνάμεις που αναστέλλουν την ομαλή κίνηση. Η κινητική ενέργεια της διατεταγμένης κίνησης μετατρέπεται σε θερμική ενέργεια χαοτικής κίνησης. Εάν ένα υγρό που τοποθετείται σε ένα δοχείο μετακινηθεί και στη συνέχεια μείνει μόνο του, σταδιακά θα σταματήσει, αλλά η θερμοκρασία του θα αυξηθεί.
Ελεύθερη επιφάνεια και επιφανειακή τάση
Αν κοιτάξετε μια σταγόνα νερού που βρίσκεται σε μια επίπεδη επιφάνεια, θα δείτε ότι είναι στρογγυλεμένη. Αυτό οφείλεται σε τέτοιες ιδιότητες των υγρών όπως ο σχηματισμός ελεύθερης επιφάνειας και επιφανειακή τάση. Η ικανότητα των υγρών να διατηρούν τον όγκο καθορίζει το σχηματισμό μιας ελεύθερης επιφάνειας, η οποία δεν είναι άλλη από τη διεπαφή μεταξύ των φάσεων: υγρή και αέρια. Όταν αυτές οι φάσεις της ίδιας ουσίας έρχονται σε επαφή, προκύπτουν δυνάμεις που στοχεύουν στη μείωση της περιοχής του επιπέδου διεπαφής. Ονομάζονται επιφανειακή τάση. Η διεπαφή φάσης είναι μια ελαστική μεμβράνη που τείνει να συστέλλεται.
Η επιφανειακή τάση εξηγείται επίσης από την έλξη των υγρών μορίων μεταξύ τους. Κάθε μόριο τείνει να «περιβάλλεται» με άλλα μόρια και να απομακρύνεται από τη διεπαφή. Εξαιτίας αυτού, η επιφάνεια μειώνεται γρήγορα. Αυτό εξηγεί το γεγονός ότι οι σαπουνόφουσκες και οι φυσαλίδες που σχηματίζονται κατά τη διάρκεια του βρασμού τείνουν να παίρνουν σφαιρικό σχήμα. Εάν μόνο η δύναμη της επιφανειακής τάσης δρα στο υγρό, σίγουρα θα πάρει αυτό το σχήμα.
Τα μικρά αντικείμενα των οποίων η πυκνότητα υπερβαίνει την πυκνότητα του υγρού μπορούν να παραμείνουν στην επιφάνειά του λόγω του γεγονότος ότι η δύναμη που εμποδίζει την αύξηση της επιφάνειας είναι μεγαλύτερη από τη δύναμη της βαρύτητας.
Εξάτμιση και συμπύκνωση
Η εξάτμιση είναι η σταδιακή μετάβαση μιας ουσίας από υγρή κατάστασησε αέρια Κατά τη διαδικασία της θερμικής κίνησης, ορισμένα μόρια εγκαταλείπουν το υγρό, περνώντας από την επιφάνειά του, και μετατρέπονται σε ατμό. Παράλληλα με αυτό, ένα άλλο μέρος των μορίων, αντίθετα, περνά από ατμό σε υγρό. Όταν ο αριθμός των ενώσεων που εξέρχονται από το υγρό υπερβαίνει τον αριθμό των ενώσεων που εισέρχονται σε αυτό, λαμβάνει χώρα η διαδικασία της εξάτμισης.
Η συμπύκνωση είναι η αντίστροφη διαδικασία της εξάτμισης. Κατά τη διάρκεια της συμπύκνωσης, το υγρό λαμβάνει περισσότερα μόρια από τον ατμό από αυτά που απελευθερώνει.
Και οι δύο διαδικασίες που περιγράφονται δεν είναι ισορροπημένες και μπορούν να συνεχιστούν μέχρι να επιτευχθεί τοπική ισορροπία. Σε αυτή την περίπτωση, το υγρό μπορεί να εξατμιστεί τελείως ή να έρθει σε ισορροπία με τους ατμούς του.
Βρασμός
Ο βρασμός είναι η διαδικασία των εσωτερικών μετασχηματισμών ενός υγρού. Όταν η θερμοκρασία αυξάνεται σε ένα ορισμένο σημείο, η τάση ατμών υπερβαίνει την πίεση στο εσωτερικό της ουσίας και αρχίζουν να σχηματίζονται φυσαλίδες σε αυτήν. Σε συνθήκες βαρύτητας, επιπλέουν προς τα πάνω.
Υγρανση
Η διαβροχή είναι ένα φαινόμενο που συμβαίνει όταν ένα υγρό έρχεται σε επαφή με ένα στερεό παρουσία ατμού. Έτσι, εμφανίζεται στη διεπαφή μεταξύ τριών φάσεων. Αυτό το φαινόμενο χαρακτηρίζει το «κόλλημα» μιας υγρής ουσίας σε μια στερεή ουσία και την εξάπλωσή της στην επιφάνεια της στερεάς ουσίας. Υπάρχουν τρεις τύποι διαβροχής: περιορισμένη, πλήρης και μη διαβροχή.
Ανάμικτο
Χαρακτηρίζει την ικανότητα των υγρών να διαλύονται μεταξύ τους. Ένα παράδειγμα αναμίξιμων υγρών είναι το νερό και το αλκοόλ και τα μη αναμίξιμα υγρά είναι το νερό και το λάδι.
Διάχυση
Όταν δύο μικτά υγρά βρίσκονται στο ίδιο δοχείο, λόγω θερμική κίνησητα μόρια αρχίζουν να διασχίζουν τη διεπιφάνεια και τα υγρά αναμειγνύονται σταδιακά. Αυτή η διαδικασίαπου ονομάζεται διάχυση. Μπορεί επίσης να εμφανιστεί σε ουσίες που βρίσκονται σε άλλες καταστάσεις συσσωμάτωσης.
Υπερθέρμανση και υποθερμία
Μεταξύ των συναρπαστικών ιδιοτήτων των υγρών, αξίζει να σημειωθεί η υπερθέρμανση και η υποθερμία. Αυτές οι διαδικασίες συχνά αποτελούν τη βάση χημικών τεχνασμάτων. Με ομοιόμορφη θέρμανση, χωρίς έντονες αλλαγές θερμοκρασίας και μηχανικές επιδράσεις, το υγρό μπορεί να θερμανθεί πάνω από το σημείο βρασμού χωρίς να βράσει. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται υπερθέρμανση. Εάν ρίξετε οποιοδήποτε αντικείμενο στο υπερθερμασμένο υγρό, θα βράσει αμέσως.
Η υπερψύξη ενός υγρού συμβαίνει με παρόμοιο τρόπο, δηλαδή ψύχεται σε θερμοκρασία κάτω από το σημείο πήξης, χωρίς να παγώσει το ίδιο. Με μια ελαφριά κρούση, το υπερψυγμένο υγρό κρυσταλλώνεται αμέσως και μετατρέπεται σε πάγο.
Κύματα στην επιφάνεια
Εάν η ισορροπία ενός τμήματος της επιφάνειας ενός υγρού διαταραχθεί, τότε, υπό την επίδραση των δυνάμεων επαναφοράς, θα επανέλθει στην ισορροπία. Αυτή η κίνηση δεν περιορίζεται σε έναν κύκλο, αλλά μετατρέπεται σε ταλαντώσεις και εξαπλώνεται σε άλλες περιοχές. Αυτό παράγει κύματα που μπορούν να παρατηρηθούν στην επιφάνεια οποιουδήποτε υγρού.
Όταν η δύναμη επαναφοράς είναι κυρίως η βαρύτητα, τα κύματα ονομάζονται βαρυτικά. Φαίνονται παντού στο νερό. Εάν η δύναμη επαναφοράς σχηματίζεται κυρίως από τη δύναμη της επιφανειακής τάσης, τότε τα κύματα ονομάζονται τριχοειδή. Τώρα ξέρετε ποια ιδιότητα των υγρών προκαλεί τη γνωστή ανάδευση του νερού.
Κύματα πυκνότητας
Το υγρό είναι εξαιρετικά δύσκολο να συμπιεστεί, ωστόσο, με την αλλαγή της θερμοκρασίας, ο όγκος και η πυκνότητά του εξακολουθούν να αλλάζουν. Αυτό δεν συμβαίνει αμέσως: όταν μια περιοχή συμπιέζεται, άλλες συμπιέζονται με καθυστέρηση. Έτσι, μέσα στο υγρό διαδίδονται ελαστικά κύματα, τα οποία ονομάζονται κύματα πυκνότητας. Εάν η πυκνότητα αλλάζει ελαφρώς καθώς διαδίδεται το κύμα, τότε το ονομάζω ήχο, και αν είναι αρκετά ισχυρό, ονομάζεται σοκ.
Συναντηθήκαμε μαζί σας γενικές ιδιότητεςυγρά. Όλα τα κύρια χαρακτηριστικά εξαρτώνται από τον τύπο και τη σύνθεση των υγρών.
Ταξινόμηση
Έχοντας εξετάσει τις βασικές φυσικές ιδιότητες των υγρών, ας μάθουμε πώς ταξινομούνται. Η δομή και οι ιδιότητες των υγρών ουσιών εξαρτώνται από την ατομικότητα των σωματιδίων που τις αποτελούν, καθώς και από τη φύση και το βάθος της αλληλεπίδρασης μεταξύ τους. Με βάση αυτό διακρίνουμε:
- Ατομικά υγρά. Αποτελούνται από άτομα ή σφαιρικά μόρια που συνδέονται μεταξύ τους με κεντρικές δυνάμεις van der Waals. Ένα εντυπωσιακό παράδειγμα είναι το υγρό αργό και το υγρό μεθάνιο.
- Υγρά που αποτελούνται από διατομικά μόρια με πανομοιότυπα άτομα, τα ιόντα των οποίων δεσμεύονται από δυνάμεις Coulomb. Παραδείγματα περιλαμβάνουν: υγρό υδρογόνο, υγρό νάτριο και υγρό υδράργυρο.
- Υγρά που αποτελούνται από πολικά μόρια που συνδέονται με αλληλεπίδραση διπόλου-διπόλου, για παράδειγμα, υγρό υδροβρώμιο.
- Συναφή υγρά. Έχουν δεσμούς υδρογόνου (νερό, γλυκερίνη).
- Υγρά που αποτελούνται από μεγάλα μόρια. Για το τελευταίο, σημαντικός ρόλοςπαίζουν εσωτερικούς βαθμούς ελευθερίας.
Οι ουσίες των δύο πρώτων (λιγότερο συχνά των τριών) ομάδων ονομάζονται απλές. Έχουν μελετηθεί καλύτερα από όλα τα άλλα. Μεταξύ των πολύπλοκων υγρών, το νερό έχει μελετηθεί περισσότερο. ΣΕ αυτή την ταξινόμησηΟι υγροί κρύσταλλοι και τα κβαντικά υγρά δεν περιλαμβάνονται, καθώς αποτελούν ειδικές περιπτώσεις και αντιμετωπίζονται ξεχωριστά.
Από την άποψη των υδροδυναμικών ιδιοτήτων, τα ρευστά χωρίζονται σε νευτώνεια και μη νευτώνεια. Η ροή του πρώτου υπακούει στο νόμο του Νεύτωνα. Αυτό σημαίνει ότι η διατμητική τους τάση εξαρτάται γραμμικά από την κλίση της ταχύτητας. Ο συντελεστής αναλογικότητας μεταξύ αυτών των μεγεθών ονομάζεται ιξώδες. Για μη νευτώνεια ρευστά, το ιξώδες ποικίλλει ανάλογα με την κλίση της ταχύτητας.
Μελετώντας
Η μελέτη της κίνησης και της μηχανικής ισορροπίας υγρών και αερίων, καθώς και της αλληλεπίδρασής τους, συμπεριλαμβανομένων των στερεών, είναι το αντικείμενο ενός τέτοιου κλάδου της μηχανικής όπως η υδροαερομηχανική. Ονομάζεται και υδροδυναμική.
Τα ασυμπίεστα ρευστά μελετώνται στην υποενότητα της υδροαερομηχανικής, που ονομάζεται απλά υδρομηχανική. Δεδομένου ότι η συμπιεστότητα των υγρών είναι πολύ μικρή, σε πολλές περιπτώσεις απλώς παραμελείται. Η δυναμική αερίων μελετά συμπιέσιμα ρευστά.
Η ρευστομηχανική χωρίζεται περαιτέρω σε υδροστατική και υδροδυναμική (με τη στενή έννοια). Στην πρώτη περίπτωση μελετάται η ισορροπία των ασυμπίεστων ρευστών και στη δεύτερη η κίνησή τους.
Η Μαγνητοϋδροδυναμική ασχολείται με τη μελέτη των μαγνητικών και ηλεκτρικά αγώγιμων ρευστών, ενώ η υδραυλική με τα εφαρμοσμένα προβλήματα.
Ο βασικός νόμος της υδροστατικής είναι ο νόμος του Pascal. Η κίνηση των ιδανικών ασυμπίεστων ρευστών περιγράφεται από την εξίσωση Euler. Για τη σταθερή ροή τους, ο νόμος του Bernoulli ικανοποιείται. Και ο τύπος του Torricelli περιγράφει τη ροή των υγρών ουσιών από τις τρύπες. Η κίνηση των παχύρρευστων υγρών υπακούει στην εξίσωση Navier-Stokes, η οποία, μεταξύ άλλων, μπορεί να λάβει υπόψη και τη συμπιεστότητα.
Τα ελαστικά κύματα και οι δονήσεις σε ένα υγρό (όπως, πράγματι, σε άλλα μέσα) μελετώνται από μια τέτοια επιστήμη όπως η ακουστική. Η Υδροακουστική είναι μια υποενότητα αφιερωμένη στη μελέτη του ήχου μέσα υδάτινο περιβάλλονγια την επίλυση προβλημάτων υποβρύχιων επικοινωνιών, τοποθεσίας και άλλων πραγμάτων.
Τελικά
Σήμερα γνωριστήκαμε με κοινά φυσικές ιδιότητεςυγρά. Μάθαμε επίσης τι είναι τέτοιες ουσίες και πώς ταξινομούνται. Σχετικά με Χημικές ιδιότητεςυγρό, εξαρτώνται άμεσα από τη σύνθεσή του. Επομένως, θα πρέπει να εξετάζονται χωριστά για κάθε ουσία. Ποια ιδιότητα ενός υγρού είναι σημαντική και ποια όχι είναι δύσκολο να απαντηθεί. Εδώ όλα εξαρτώνται από την εργασία στο πλαίσιο της οποίας εξετάζεται αυτό το υγρό.
Νερό και φυσικό αέριο. Όλα διαφέρουν ως προς τις ιδιότητες τους. Τα υγρά κατέχουν ξεχωριστή θέση σε αυτή τη λίστα. Σε αντίθεση με τα στερεά, τα υγρά δεν έχουν μόρια διατεταγμένα με τάξη. Υγρό είναι ειδική κατάστασημια ουσία ενδιάμεση μεταξύ ενός αερίου και ενός στερεού. Ουσίες σε αυτή τη μορφή μπορούν να υπάρχουν μόνο εάν τηρούνται αυστηρά ορισμένα εύρη θερμοκρασίας. Κάτω από αυτό το διάστημα, το υγρό σώμα θα μετατραπεί σε στερεό και πάνω - σε αέριο. Σε αυτή την περίπτωση, τα όρια του διαστήματος εξαρτώνται άμεσα από την πίεση.
Νερό
Ένα από τα κύρια παραδείγματα υγρού σώματος είναι το νερό. Παρά το γεγονός ότι ανήκει σε αυτή την κατηγορία, το νερό μπορεί να πάρει τη μορφή στερεού ή αερίου - ανάλογα με τη θερμοκρασία περιβάλλον. Κατά τη μετάβαση από μια υγρή σε μια στερεή κατάσταση, τα μόρια μιας συνηθισμένης ουσίας συμπιέζονται. Όμως το νερό συμπεριφέρεται τελείως διαφορετικά. Όταν παγώνει, η πυκνότητά του μειώνεται και αντί να βυθιστεί, ο πάγος επιπλέει στην επιφάνεια. Το νερό στη συνηθισμένη, ρευστή του κατάσταση έχει όλες τις ιδιότητες ενός υγρού - έχει πάντα συγκεκριμένο όγκο, ωστόσο, δεν υπάρχει συγκεκριμένο σχήμα.
Επομένως, το νερό διατηρεί πάντα τη θερμότητα κάτω από την επιφάνεια του πάγου. Ακόμα κι αν η θερμοκρασία περιβάλλοντος είναι -50°C, κάτω από τον πάγο θα εξακολουθεί να είναι γύρω στο μηδέν. Ωστόσο, στο δημοτικό σχολείο δεν χρειάζεται να εμβαθύνετε στις λεπτομέρειες των ιδιοτήτων του νερού ή άλλων ουσιών. Στον βαθμό 3, μπορούν να δοθούν τα πιο απλά παραδείγματα υγρών σωμάτων - και καλό είναι να συμπεριληφθεί το νερό σε αυτόν τον κατάλογο. Άλλωστε ο μαθητής δημοτικό σχολείοπρέπει να έχουν γενικές ιδέεςγια τις ιδιότητες του γύρω κόσμου. Σε αυτό το στάδιο αρκεί να γνωρίζουμε ότι το νερό στην κανονική του κατάσταση είναι υγρό.
Η επιφανειακή τάση είναι ιδιότητα του νερού
Το νερό έχει υψηλότερη επιφανειακή τάση από άλλα υγρά. Χάρη σε αυτή την ιδιότητα, σχηματίζονται σταγόνες βροχής και, κατά συνέπεια, διατηρείται ο κύκλος του νερού στη φύση. Διαφορετικά, οι υδρατμοί δεν θα μπορούσαν τόσο εύκολα να μετατραπούν σε σταγόνες και να χυθούν στην επιφάνεια της γης με τη μορφή βροχής. Το νερό, πράγματι, είναι ένα παράδειγμα υγρού σώματος, από το οποίο εξαρτάται άμεσα η πιθανότητα ύπαρξης ζωντανών οργανισμών στον πλανήτη μας.
Η επιφανειακή τάση προκαλείται από τα μόρια ενός υγρού που έλκονται μεταξύ τους. Κάθε σωματίδιο τείνει να περιβάλλεται με άλλα και να αφήνει την επιφάνεια του υγρού σώματος. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο οι σαπουνόφουσκες και οι φυσαλίδες που σχηματίζονται κατά τη διάρκεια του βρασμού του νερού τείνουν να παίρνουν υγρή μορφή - με αυτόν τον όγκο, μόνο μια μπάλα μπορεί να έχει ελάχιστο πάχος επιφάνειας.
Υγρά μέταλλα
Ωστόσο, στην κατηγορία των υγρών σωμάτων δεν ανήκουν μόνο οι οικείες στον άνθρωπο ουσίες, με τις οποίες ασχολείται στην καθημερινή ζωή. Υπάρχουν πολλά διαφορετικά στοιχεία σε αυτή την κατηγορία Περιοδικός ΠίνακαςΜεντελέεφ. Ένα παράδειγμα υγρού σώματος είναι επίσης ο υδράργυρος. Αυτή η ουσία χρησιμοποιείται ευρέως στην κατασκευή ηλεκτρικών συσκευών, στη μεταλλουργία και στη χημική βιομηχανία.
Ο υδράργυρος είναι ένα υγρό, γυαλιστερό μέταλλο που εξατμίζεται σε θερμοκρασία δωματίου. Είναι ικανό να διαλύει ασήμι, χρυσό και ψευδάργυρο, σχηματίζοντας έτσι αμαλγάματα. Ο υδράργυρος είναι ένα παράδειγμα αυτού που υπάρχουν υγρά σώματα, ταξινομημένο ως επικίνδυνο για την ανθρώπινη ζωή. Οι ατμοί του είναι τοξικοί και επικίνδυνοι για την υγεία. Η καταστροφική επίδραση του υδραργύρου εμφανίζεται συνήθως λίγο καιρό μετά την έκθεση σε δηλητηρίαση.
Ένα μέταλλο που ονομάζεται καίσιο είναι επίσης ένα υγρό. Ήδη σε θερμοκρασία δωματίου είναι σε ημί-υγρή μορφή. Το καίσιο φαίνεται να είναι μια χρυσόλευκη ουσία. Αυτό το μέταλλο μοιάζει ελαφρώς σε χρώμα με το χρυσό, ωστόσο, είναι πιο ανοιχτό.
Θειικό οξύ
Ένα παράδειγμα για το τι είδους υγρά σώματα υπάρχουν είναι επίσης σχεδόν όλα ανόργανα οξέα. Π.χ, θειικό οξύ, το οποίο φαίνεται να είναι ένα βαρύ ελαιώδες υγρό. Δεν έχει ούτε χρώμα ούτε μυρωδιά. Όταν θερμαίνεται, γίνεται πολύ ισχυρός οξειδωτικός παράγοντας. Στο κρύο, δεν αλληλεπιδρά με μέταλλα - για παράδειγμα, σίδηρο και αλουμίνιο. Αυτή η ουσία εμφανίζει τα χαρακτηριστικά της μόνο στην καθαρή της μορφή. Το αραιό θειικό οξύ δεν παρουσιάζει οξειδωτικές ιδιότητες.
Ιδιότητες
Ποια υγρά σώματα υπάρχουν εκτός από αυτά που αναφέρονται; Αυτό είναι αίμα, λάδι, γάλα, ορυκτέλαιο, αλκοόλ. Οι ιδιότητές τους επιτρέπουν σε αυτές τις ουσίες να παίρνουν εύκολα τη μορφή δοχείων. Όπως και άλλα υγρά, αυτές οι ουσίες δεν χάνουν τον όγκο τους εάν χυθούν από το ένα δοχείο στο άλλο. Ποιες άλλες ιδιότητες είναι εγγενείς σε καθεμία από τις ουσίες που περιέχει αυτό το κράτος? Τα υγρά σώματα και οι ιδιότητές τους έχουν μελετηθεί καλά από τους φυσικούς. Ας δούμε τα κύρια χαρακτηριστικά τους.
Ρευστότητα
Ενας από Τα κύρια χαρακτηριστικάοποιουδήποτε σώματος αυτής της κατηγορίας είναι η ρευστότητα. Αυτός ο όρος αναφέρεται στην ικανότητα του σώματος να παίρνει διαφορετικά σχήματα, ακόμα κι αν υπόκειται σε σχετικά ασθενή εξωτερική επίδραση. Χάρη σε αυτή την ιδιότητα, κάθε υγρό μπορεί να ρέει σε ρεύματα, να εκτοξεύεται στη γύρω επιφάνεια σταγόνες. Αν τα σώματα αυτής της κατηγορίας δεν είχαν ρευστότητα, θα ήταν αδύνατο να ρίξουμε νερό από ένα μπουκάλι σε ένα ποτήρι.
Επιπλέον, αυτή η ιδιότητα εκφράζεται σε διάφορες ουσίες ποικίλους βαθμούς. Για παράδειγμα, το μέλι αλλάζει σχήμα πολύ αργά σε σύγκριση με το νερό. Αυτό το χαρακτηριστικό ονομάζεται ιξώδες. Αυτή η ιδιότητα εξαρτάται από εσωτερική δομήυγρό σώμα. Για παράδειγμα, τα μόρια του μελιού μοιάζουν περισσότερο με κλαδιά δέντρων και τα μόρια του νερού είναι περισσότερο σαν μπάλες με μικρά εξογκώματα. Όταν το υγρό κινείται, τα σωματίδια μελιού φαίνεται να «κολλάνε το ένα στο άλλο» - αυτή η διαδικασία είναι που του δίνει μεγαλύτερο ιξώδες από άλλα είδη υγρών.
Αποθήκευση της φόρμας
Πρέπει επίσης να θυμόμαστε ότι για ποιο παράδειγμα υγρών σωμάτων και αν μιλάμε, αλλάζουν μόνο το σχήμα τους, αλλά δεν αλλάζουν τον όγκο τους. Εάν ρίξετε νερό σε ένα ποτήρι και το ρίξετε σε άλλο δοχείο, αυτό το χαρακτηριστικόδεν θα αλλάξει, αν και το ίδιο το σώμα θα πάρει το σχήμα του νέου σκάφους στο οποίο μόλις χύθηκε. Η ιδιότητα της διατήρησης του όγκου εξηγείται από το γεγονός ότι μεταξύ των μορίων δρουν τόσο ελκυστικές όσο και απωστικές δυνάμεις. Πρέπει να σημειωθεί ότι τα υγρά είναι σχεδόν αδύνατο να συμπιεστούν μέσω εξωτερικής επιρροής λόγω του γεγονότος ότι παίρνουν πάντα το σχήμα του δοχείου.
Τα υγρά και τα στερεά διαφέρουν στο ότι τα τελευταία δεν υπακούουν.Ας το θυμίσουμε αυτό αυτόν τον κανόναπεριγράφει τη συμπεριφορά όλων των υγρών και αερίων και συνίσταται στην ιδιότητά τους να μεταδίδουν την πίεση που ασκείται σε αυτά προς όλες τις κατευθύνσεις. Ωστόσο, πρέπει να σημειωθεί ότι εκείνα τα υγρά που έχουν χαμηλότερο ιξώδες το κάνουν πιο γρήγορα από τα πιο παχύρρευστα υγρά σώματα. Για παράδειγμα, εάν ασκήσετε πίεση στο νερό ή το αλκοόλ, θα εξαπλωθεί αρκετά γρήγορα.
Σε αντίθεση με αυτές τις ουσίες, η πίεση στο μέλι ή το υγρό λάδι θα εξαπλωθεί πιο αργά, ωστόσο, εξίσου ομοιόμορφα. Στον βαθμό 3, μπορούν να δοθούν παραδείγματα υγρών σωμάτων χωρίς να αναφέρονται οι ιδιότητές τους. Οι μαθητές θα χρειαστούν πιο λεπτομερείς γνώσεις στο γυμνάσιο. Ωστόσο, εάν ο μαθητής προετοιμαστεί πρόσθετο υλικό, αυτό μπορεί να σας βοηθήσει να πάρετε υψηλότερο βαθμό στην τάξη.
Επιδεικνύουν άκαμπτα σώματα διάφορα σχήματα. Σημειώστε ότι όλα τα στερεά έχουν μια ορισμένη μορφή, που είναι δύσκολο να αλλάξει.
συμπέρασμα: η διατήρηση του όγκου και του σχήματος είναι ιδιότητα των στερεών.
Υπάρχει υγρό σε ένα κυλινδρικό ποτήρι με διαιρέσεις. Σημειώστε τη στάθμη του υγρού στο ποτήρι. Στη συνέχεια, ρίξτε αυτό το υγρό διαδοχικά σε μια φιάλη, σε ένα κωνικό ποτήρι, σε ένα στενό ψηλό ποτήρι και μετά ξανά σε ένα κυλινδρικό ποτήρι με χωρίσματα.
Συμπέρασμα:το υγρό διατηρεί τον όγκο του, αλλά αλλάζει εύκολα το σχήμα του.
Επαναλάβετε τα πειράματα - συμπίεση αερίου και υγρού. Τα αέρια είναι χίλιες φορές πιο συμπιεστά από τα υγρά.
Δέσε με κλωστή μπαλόνι. Το φουσκώνουμε και δένουμε την τρύπα του μπαλονιού με κλωστή. Λύστε την πρώτη κλωστή. Ο αέρας θα καταλάβει ολόκληρο τον όγκο που του παρέχεται.
Συμπέρασμα:τα αέρια δεν έχουν σταθερό όγκο και το δικό τους σχήμα - γεμίζουν ολόκληρο τον όγκο που τους παρέχεται.
Πείραμα 3. Μοντέλο χωρικού κρυσταλλικού πλέγματος.
Εισαγωγή των μαθητών στα δομικά χαρακτηριστικά κρυσταλλικά σώματαστο μοντέλο του χωρικού πλέγματος ενός κρυστάλλου επιτραπέζιου αλατιού (NaCl). Για να το κάνετε αυτό, συναρμολογήστε το μοντέλο και τοποθετήστε το σε μια βάση.
Λάβετε υπόψη ότι οι μπάλες ενός χρώματος μιμούνται ιόντα νατρίου και το άλλο - ιόντα χλωρίου. Κάθε ιόν στον κρύσταλλο υφίσταται ταλαντωτική κίνηση γύρω από μια συγκεκριμένη μέση θέση - έναν κόμβο. Εάν συνδέσετε τους κόμβους με ευθείες γραμμές, σχηματίζεται ένα χωρικό πλέγμα παρόμοιο με το μοντέλο που παρουσιάζεται.
Τα ιόντα εναλλάσσονται μεταξύ τους. βρίσκονται σε ίσες αποστάσεις μεταξύ τους σε τρεις αμοιβαία κάθετες διευθύνσεις και σχηματίζουν ένα κανονικό κυβικό σχήμα στο χώρο. Κάθε ιόν νατρίου περιβάλλεται από έξι ιόντα χλωρίου και αντίστροφα, κάθε ιόν χλωρίου περιβάλλεται από έξι ιόντα νατρίου.
Εάν επιλέξετε μία από τις κάθετες ή οριζόντιες κατευθύνσεις στη μία ή την άλλη όψη του πλέγματος, θα παρατηρήσετε ότι εναλλασσόμενα ιόντα νατρίου και χλωρίου θα βρίσκονται πάντα σε αυτές τις κατευθύνσεις.
Εάν σχεδιάσετε μια ευθεία γραμμή διαγώνια, θα υπάρχουν μόνο μπάλες του ίδιου χρώματος πάνω της, δηλαδή ιόντα του ίδιου στοιχείου.
Αυτή η παρατήρηση μπορεί να χρησιμεύσει ως βάση για την εξήγηση της ανισοτροπίας των κρυστάλλων.
Γεμίστε τον πίνακα.
Πίεση στερεών, υγρών και αερίων.
Θέμα 1. Πίεση αερίου. ο νόμος του Πασκάλ.
Πείραμα 1. Φούσκωμα του ελαστικού θαλάμου κάτω από το κουδούνι της αντλίας αέρα.
Αφήστε μια μικρή ποσότητα αέρα στον ελαστικό θάλαμο (μπάλα, γάντι) και πιέστε την τρύπα με ένα σφιγκτήρα. Τοποθετήστε το θάλαμο στην πλάκα της αντλίας αέρα έτσι ώστε να μην φράξει την οπή του σωλήνα εξόδου της πλάκας και καλύψτε τον με ένα γυάλινο κουδούνι. Συνδέστε την πλάκα στην αντλία και αντλήστε τον αέρα. Καθώς ο αέρας γίνεται πιο αραιός, ο όγκος του θαλάμου θα αυξηθεί και θα πάρει το σχήμα μπάλας. Στη συνέχεια εισάγετε αργά αέρα κάτω από το κουδούνι της πλάκας κενού. Παρατηρήστε το αντίθετο φαινόμενο.
Τα μόρια του αέρα, ως αποτέλεσμα της κίνησής τους, βομβαρδίζουν συνεχώς τα τοιχώματα του θαλάμου από μέσα και έξω. Όσο η πίεση του αέρα και στις δύο πλευρές ήταν ίδια, δεν άλλαζε σχήμα. Κατά την άντληση αέρα, ο αριθμός των μορίων ανά μονάδα όγκου στο κουδούνι μειώνεται σε σύγκριση με τον θάλαμο. Επομένως, ο αριθμός των κρούσεων των μορίων στα τοιχώματα του θαλάμου από το εσωτερικό γίνεται περισσότερος αριθμόςκρούσεις από το εξωτερικό και ο θάλαμος φουσκώνει. Το σφαιρικό σχήμα του θαλάμου δείχνει ότι ο αέρας πιέζει τα τοιχώματα του θαλάμου εξίσου προς όλες τις κατευθύνσεις. Το τελευταίο είναι συνέπεια της τυχαίας κίνησης των μορίων.
Πείραμα 2. Μηχανικό μοντέλο αερίου.
Σε ένα επίπεδο διαφανές δοχείο, μπάλες αφρού που μιμούνται μόρια κινούνται στη ροή του αέρα. Προσέχουμε την τυχαία κίνηση των «μορίων». Ανυψώστε το έμβολο της συσκευής ψηλότερα, αυξάνοντας τον όγκο της ροής αέρα και χαμηλώστε το χαμηλότερα. Η ταχύτητα της ροής του αέρα αυξάνεται και μειώνεται, με αποτέλεσμα η ταχύτητα κίνησης των «μορίων» να αυξάνεται και να μειώνεται. Δώστε προσοχή στη συχνότητα των κρούσεων των «μορίων» στα τοιχώματα του αγγείου, ανάλογα με τον όγκο του αέρα και την ταχύτητα της κίνησής τους.
Η πίεση του αερίου στα τοιχώματα του δοχείου προκαλείται από τις κρούσεις των μορίων του αερίου.
Πείραμα 3. Μεταβολή της πίεσης του αερίου με αλλαγές στον όγκο και τη θερμοκρασία του.
Κλείστε καλά το άκρο του γυάλινου σωλήνα με το έμβολο με ένα πώμα, στο οποίο εισάγετε ένα χωνί. Προσφίξτε το φαρδύ άκρο του χωνιού με μια λεπτή μεμβράνη από καουτσούκ, η οποία στερεώνεται στο χωνί με πολλές στροφές ισχυρού νήματος. Όλες οι συνδέσεις πρέπει να εξασφαλίζουν στεγανότητα. Εξηγήστε στους μαθητές ότι η ελαστική μεμβράνη θα χρησιμεύσει ως δείκτης της πίεσης του αέρα.
Στην αρχή του πειράματος, η πίεση του αέρα και στις δύο πλευρές της μεμβράνης είναι η ίδια, άρα έχει επίπεδη επιφάνεια. Μετακινώντας το έμβολο προς τα κάτω, μειώνουμε τον όγκο του αέρα στο σωλήνα. Η ελαστική μεμβράνη κάμπτεται προς τα έξω, γεγονός που υποδηλώνει αύξηση της πίεσης στον σωλήνα.
Καθώς το έμβολο εκτείνεται, η μεμβράνη γίνεται ξανά επίπεδη και στη συνέχεια κάμπτεται μέσα στη χοάνη, υποδηλώνοντας μείωση της εσωτερικής πίεσης αέρα. Μπορούμε να συμπεράνουμε ότι όσο μειώνεται ο όγκος του αερίου, η πίεση μειώνεται. Η αλλαγή της πίεσης εξηγείται από μια αλλαγή στον αριθμό των κρούσεων των μορίων στα τοιχώματα του δοχείου.
Για να αποδειχθεί η εξάρτηση της πίεσης του αερίου από τη θερμοκρασία, αφαιρείται από το σωλήνα μια χοάνη με τεντωμένη μεμβράνη από καουτσούκ και εισάγεται σφιχτά στο λαιμό μιας γυάλινης φιάλης. Αέρας στη φιάλη προσεκτικάθερμαίνεται πάνω από τη φλόγα μιας λάμπας αλκοόλης. Η ελαστική μεμβράνη παρατηρείται να λυγίζει καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία, υποδεικνύοντας αύξηση της πίεσης του αέρα μέσα στη φιάλη.
Τοποθετήστε τη φιάλη πάνω από την κυβέτα και αδειάστε την κρύο νερό. Η μεμβράνη κάμπτεται μέσα στο χωνί. Το υπό εξέταση φαινόμενο εξηγείται από μια αλλαγή στην ταχύτητα κίνησης των μορίων, ως αποτέλεσμα της οποίας αλλάζει η δύναμη και η συχνότητα των κρούσεων τους στα τοιχώματα του αγγείου.
Πείραμα 4. Μετάδοση πίεσης από αέρια και υγρά.
Πάρτε τη συσκευή μπάλας Pascal. Ξεβιδώστε τη σφαίρα από τον κύλινδρο της συσκευής και επεκτείνετε το έμβολο και τη ράβδο μέχρι να σταματήσει. Ρίξτε νερό στον κύλινδρο και βιδώστε ξανά τη μπάλα πάνω του. Με τη συσκευή τοποθετημένη πάνω από το ταψί, σπρώξτε αργά το έμβολο προς τα μέσα. Οι πίδακες από όλες τις τρύπες της μπάλας ψεκάζονται σε περίπου τις ίδιες αποστάσεις, κάτι που δείχνει την ίδια ταχύτητα εκροής νερού από όλες τις τρύπες. Συνιστάται να φωτίζετε τους πίδακες με πλευρικό φως. Σε αυτή την περίπτωση ξεχωρίζουν ανάγλυφα στο σκούρο φόντο της σανίδας.
Για να δείξετε τη μεταφορά της πίεσης στα αέρια, μπορείτε να λάβετε σκόνη δοντιών ως δείκτη. Αφού ξεβιδώσετε τη μπάλα, ρίξτε λίγη σκόνη δοντιού σε αυτήν. Στη συνέχεια ανακινήστε τη μπάλα πολλές φορές και βιδώστε την στον κύλινδρο της συσκευής. Όταν ο όγκος του αέρα στον κύλινδρο μειώνεται όταν το έμβολο κινείται, πίδακες σκόνης (καπνός) βγαίνουν από τις οπές της μπάλας προς όλες τις κατευθύνσεις στην ίδια απόσταση.
Η πίεση που ασκείται σε ένα υγρό ή αέριο μεταδίδεται χωρίς αλλαγή σε κάθε σημείο του υγρού ή του αερίου.
Πείραμα 4. Σχεδιασμός και αρχή λειτουργίας υδραυλικής πρέσας.
Στο σημειωματάριό σας κάντε ένα σχηματικό σχέδιο μιας υδραυλικής πρέσας με μανόμετρο και βαλβίδα ασφαλείας. Ταιριάξτε τα κύρια μέρη του τύπου με τους σχηματικές εικόνεςΠάνω στο γραφείο. Ονομάζοντας τα μεμονωμένα μέρη της συσκευής και τον σκοπό τους, πείτε πώς λειτουργεί η υδραυλική πρέσα και πώς αλληλεπιδρούν τα επιμέρους μέρη της μεταξύ τους. Σκεφτείτε ποιες συσκευές στην πρέσα το προστατεύουν από την καταστροφή.
Εξηγήστε πώς οι κοιλιακοί παράγουν μεγάλα κέρδη στη δύναμη.
Δείξτε τη λειτουργία της συσκευής. Τοποθετήστε μια συσκευή κάμψης στη συσκευή και καταστρέψτε ξύλινο μπλοκ 30 - 40 mm πλάτος, 25 -30 mm μήκος. Η ράβδος τοποθετείται στη συσκευή έτσι ώστε η κάμψη και η καταστροφή της να συμβαίνει κατά μήκος των ινών.
Θέμα 2. Πίεση σε υγρό.
Πείραμα 1. Ελεύθερη υγρή επιφάνεια.
Ρίξτε νερό σε ένα γυάλινο δοχείο. Δείξτε ότι ανεξάρτητα από το πώς γέρνει το δοχείο, το υγρό στο δοχείο παραμένει οριζόντιο.
Η ελεύθερη επιφάνεια ενός υγρού είναι εκείνη η επιφάνεια που δεν έρχεται σε επαφή με τα τοιχώματα του δοχείου.
Πείραμα 2. Σχεδιασμός και αρχή λειτουργίας του επιπέδου.
Η ιδιότητα της ελεύθερης επιφάνειας ενός υγρού να βρίσκεται σε οριζόντιο επίπεδο χρησιμοποιείται σε συσκευές ελέγχου της οριζοντιότητας της επιφάνειας, οι οποίες ονομάζονται εν συντομία επίπεδα.
Τα σχέδια των επιπέδων μπορεί να διαφέρουν. Επιδεικνύω διάφορα μοντέλαεπίπεδα.
Πείραμα 3. Η δύναμη της πίεσης του υγρού στον πυθμένα του δοχείου.
Τραβήξτε το νήμα και πιέστε την πλάκα στην κάτω γυαλισμένη άκρη του κυλίνδρου. Κατόπιν χαμηλώστε τον κύλινδρο με τον πάτο πιεσμένο σε αυτό σε ένα δοχείο με νερό και αφήστε το νήμα. Λάβετε υπόψη ότι το κάτω μέρος υπόκειται σε δύναμη πίεσης που κατευθύνεται από κάτω προς τα πάνω από την πλευρά του υγρού, ώστε να μην πέφτει μακριά από τον κύλινδρο.
Για να προσδιορίσετε το μέγεθος αυτής της δύναμης, αρχίστε αργά να ρίχνετε έγχρωμο νερό στον κύλινδρο. Καθώς ο κύλινδρος γεμίζει με νερό, η δύναμη της πίεσης του υγρού στο κάτω μέρος του κυλίνδρου αυξάνεται, κατευθυνόμενη από πάνω προς τα κάτω. Μόλις η στάθμη του νερού στο δοχείο και στον κύλινδρο γίνουν τα ίδια, ο πυθμένας θα εξαφανιστεί. Η δύναμη της πίεσης του νερού στον πυθμένα από κάτω είναι ίση με το βάρος της στήλης του υγρού στον κύλινδρο· ο πυθμένας πέφτει λόγω της δράσης της βαρύτητας πάνω του.
Πείραμα 4. Υγρή πίεση στα τοιχώματα του δοχείου.
Πάρτε έναν κύλινδρο με πλαϊνές τρύπες. Οι τρύπες μπορούν να κλείσουν, για παράδειγμα, με σπίρτα. Γεμίστε τον κύλινδρο με νερό. Αφαιρέστε γρήγορα τα σπίρτα από τις τρύπες του κυλίνδρου. Σημειώστε ότι όσο χαμηλότερη είναι η τρύπα, τόσο πιο γρήγορα και πιο μακριά το ρεύμα ρέει έξω από αυτήν, δηλαδή τόσο περισσότερο περισσότερη πίεσηνερό στην τρύπα. Κατά τη διάρκεια του πειράματος, συνιστάται να προσθέτετε συνεχώς νερό στον κύλινδρο.
Το υγρό ασκεί πίεση όχι μόνο στον πυθμένα, αλλά και στα τοιχώματα του δοχείου. Αυτή η πίεση εξαρτάται από το ύψος της στήλης του υγρού.
Πείραμα 5. Η δύναμη της πίεσης του υγρού στον πυθμένα δεν εξαρτάται από το σχήμα του δοχείου.
Σκεφτείτε τη σχεδίαση της συσκευής του Pascal. Αποτελείται από βάση στην οποία στερεώνεται δακτυλιοειδής σκελετός με κλωστές. Το πλαίσιο σφίγγεται από κάτω με μια λεπτή μεμβράνη από καουτσούκ, που στηρίζεται σε μια στρογγυλή πλάκα που συνδέεται με ένα μοχλό με ένα εύκολα μετακινούμενο βέλος.
Τρία δοχεία περιλαμβάνονται στη συσκευή διαφορετικά σχήματακαι όγκο, αλλά με την ίδια βάση.
Κάθε σκάφος έχει ένα νήμα με το οποίο είναι εγκατεστημένο στη συσκευή.
Στερεώστε ένα κυλινδρικό δοχείο στο πλαίσιο και ρίξτε νερό σε αυτό σε ύψος 2 cm κάτω από την επάνω άκρη. Σημειώστε τη στάθμη του νερού στο δοχείο με έναν δείκτη που κινείται κατά μήκος της ράβδου και τη θέση του βέλους στην κλίμακα με έναν ειδικό δείκτη. Ρίξτε το νερό μέσα από τη βρύση αποστράγγισης.
Τοποθετήστε δοχεία διαφορετικού σχήματος στο πλαίσιο ένα προς ένα. Βεβαιωθείτε ότι πρέπει να πάρετε πολύ περισσότερο ή λιγότερο νερό από ό,τι για ένα κυλινδρικό δοχείο και το βέλος τοποθετείται στην ίδια θέση στην κλίμακα κάθε φορά που η στάθμη του νερού στα δοχεία έχει ανέβει σε αυτό που σημειώθηκε στην πρώτη περίπτωση. Αυτό είναι το «παράδοξο» ή υδροστατικό παράδοξο του Πασκάλ.
Θέμα 3. Συγκοινωνούντα δοχεία.
Πείραμα 1. Συνδέστε δύο διαφανείς σωλήνες με έναν εύκαμπτο σωλήνα και έναν σφιγκτήρα. Ρίξτε χρωματισμένο νερό σε έναν από τους σωλήνες. Αφαιρέστε τον σφιγκτήρα. Το νερό από τον ένα σωλήνα ρέει στον άλλο έως ότου οι επιφάνειες του νερού και στους δύο σωλήνες είναι ίσες.
Τα δοχεία στα οποία το υγρό μπορεί να ρέει ελεύθερα από το ένα δοχείο στο άλλο ονομάζονται επικοινωνιακά.Αλλάξτε τη θέση του ενός σωλήνα σε σχέση με τον άλλο. Βεβαιωθείτε ότι οι ελεύθερες επιφάνειες του υγρού σε ηρεμία σε δοχεία επικοινωνίας οποιουδήποτε σχήματος βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο.
Πείραμα 2. Επαναλάβετε το πείραμα 1, αλλά στην αρχή του πειράματος, ρίξτε νερό σε έναν από τους σωλήνες και ένα κορεσμένο διάλυμα από επιτραπέζιο αλάτι ή κηροζίνη στον άλλο. Αφού αφαιρέσετε τον σφιγκτήρα, βεβαιωθείτε ότι τα επίπεδα υγρού στους σωλήνες είναι διαφορετικά.
Οι ελεύθερες επιφάνειες των ανομοιογενών υγρών σε ηρεμία βρίσκονται σε διαφορετικά επίπεδα.
Εμπειρία 3. Ο σχεδιασμός και η αρχή λειτουργίας του συστήματος ύδρευσης.
Όταν μελετάτε τη δομή και τη λειτουργία ενός συστήματος ύδρευσης, δώστε προσοχή στο γεγονός ότι μια τεχνική δομή συνήθως αποτελείται από δύο κύρια μέρη που έχουν διαφορετικούς σκοπούς.
Ένα μέρος της παροχής νερού είναι μια αντλία ή αντλιοστάσιο, το έργο του οποίου είναι η άντληση νερού από μια πηγή (ποτάμι ή ειδικά πηγάδια) σε μια δεξαμενή νερού που βρίσκεται στο υψηλότερο μέρος της περιοχής όπου παρέχεται νερό. Το δεύτερο μέρος του συστήματος ύδρευσης αποτελείται από αυτή τη δεξαμενή νερού και ένα δίκτυο μεγάλων και μικρών σωλήνων μέσω των οποίων το νερό ρέει στον καταναλωτή. το τελευταίο μέροςλειτουργεί με την αρχή των συγκοινωνούντων δοχείων και αποδεικνύεται εύκολα σε ένα απλό αυτοσχέδιο μοντέλο.
Συναρμολογήστε την εγκατάσταση του μοντέλου παροχής νερού που φαίνεται στην εικόνα. Ρίξτε ανοιχτόχρωμο νερό από ένα ποτήρι σε ένα χωνί που αντιπροσωπεύει μια δεξαμενή νερού. Ανοίξτε την επάνω βαλβίδα για να επιτρέψετε τη διαφυγή του αέρα και παρακολουθήστε τη ροή του νερού από τη χοάνη στον κάτω κύριο σωλήνα. Από αυτόν τον σωλήνα, το νερό εισέρχεται σε έναν δεύτερο, κάθετο σωλήνα, που αντιπροσωπεύει έναν ανυψωτικό στο κτίριο, από τον οποίο δύο κλάδοι, εξοπλισμένοι με βρύσες, πηγαίνουν κατά μήκος των ορόφων.
Πείραμα 4. Σχεδιασμός και αρχή λειτουργίας της βρύσης.
Συναρμολογήστε την εγκατάσταση που φαίνεται στην εικόνα. Καθώς ρίχνετε νερό στο χωνί, χαμηλώστε αργά τον ελαστικό σωλήνα με τη γυάλινη άκρη προς τα κάτω. Βεβαιωθείτε ότι όταν το επάνω άκρο είναι ελαφρώς κάτω από τη στάθμη του νερού στο χωνί, το νερό αρχίζει να ρέει έξω από το άκρο.
Χαμηλώστε το άκρο προς τα κάτω στο ταψί και σφίξτε το στο πόδι του τρίποδα. Παρατηρήστε πώς το ρέον ρεύμα αρχίζει να ρέει από την τρύπα του άκρου. Μην ξεχνάτε να προσθέτετε νερό στο χωνί όλη την ώρα.
Πείραμα 5. Οι σωλήνες μέτρησης νερού για δεξαμενές νερού κατασκευάζονται με βάση την αρχή των δοχείων επικοινωνίας.
Τέτοιοι σωλήνες βρίσκονται, για παράδειγμα, σε δεξαμενές πλύσης σε σιδηροδρομικά βαγόνια. Σε έναν ανοιχτό γυάλινο σωλήνα που συνδέεται με τη δεξαμενή, το νερό βρίσκεται πάντα στο ίδιο επίπεδο με το ίδιο το δοχείο.
Εάν ο σωλήνας μέτρησης νερού είναι τοποθετημένος σε λέβητα ατμού, τότε το πάνω άκρο του σωλήνα συνδέεται με το πάνω μέρος του λέβητα, γεμάτο με ατμό. Αυτό γίνεται έτσι ώστε η πίεση στην ελεύθερη επιφάνεια του νερού στο λέβητα και στο σωλήνα μέτρησης νερού να είναι ίδια. Τότε η στάθμη του νερού στο σωλήνα είναι στο ίδιο ύψος με τη στάθμη του νερού στο λέβητα.
Θέμα 4. Βάρος αέρα. Ατμοσφαιρική πίεση.
Πείραμα 1. Πάρτε έναν γυάλινο κύλινδρο με ένα έμβολο από τη σφαίρα του Πασκάλ. Ανοιχτό τέλοςΒυθίστε το σωλήνα στον οποίο είναι συνδεδεμένο το έμβολο σε 3–4 cm έγχρωμου νερού και, στη συνέχεια, ανασηκώστε αργά το έμβολο. Υπό την επίδραση της εξωτερικής ατμοσφαιρικής πίεσης, το νερό ανεβαίνει πίσω από το έμβολο.
Πείραμα 2. Βάρος αέρα.
Ισορροπήστε την μπάλα ζύγισης αέρα σε μια ζυγαριά. Στη συνέχεια, αντλήστε τον αέρα έξω από το μπαλόνι. Η ισορροπία της ζυγαριάς έχει διαταραχθεί. Εξάγουμε ένα συμπέρασμα.
Πείραμα 3. Κρήνη σε σπάνιο χώρο.
Πάρτε ένα γυάλινο δοχείο, η τρύπα του οποίου είναι κλειστή με λαστιχένιο πώμα, από την τρύπα του οποίου περνάτε γυάλινο σωλήναμε τραβηγμένο άκρο. Συνδέστε το άλλο άκρο του σωλήνα σε μια βίδα ή σφιγκτήρα ελατηρίου.
Αφού αντλήσετε τον αέρα με μια αντλία, στερεώστε τη συσκευή σε ένα τρίποδο, αφήστε τον ελαστικό σωλήνα σε ένα δοχείο με έγχρωμο νερό και αφήστε τον σφιγκτήρα.
Λόγω της ατμοσφαιρικής πίεσης, το νερό θα εισέλθει με δύναμη μέσω μιας στενής οπής στη συσκευή, σχηματίζοντας ένα σιντριβάνι.
Πείραμα 4. Δράση ήπατος ή πιπέτας.
Τοποθετήστε το συκώτι σε ένα γυάλινο δοχείο με χρωματιστό νερό. Το νερό στο συκώτι και το αγγείο είναι στο ίδιο επίπεδο. Κλείστε την επάνω τρύπα του συκωτιού με το δάχτυλό σας και αφαιρέστε το από το δοχείο. Το νερό συγκρατείται στο συκώτι λόγω της ατμοσφαιρικής πίεσης.
Στη συνέχεια ανοίξτε την επάνω οπή του σωλήνα. Ο αέρας αποκτά πρόσβαση στο συκώτι και το νερό χύνεται έξω από αυτό.
Στη διαδικασία εξήγησης της δράσης του ήπατος, είναι απαραίτητο να δείξουμε ότι το ήπαρ μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη λήψη δείγματος υγρού από διαφορετικά βάθη.
Δείξτε τη δράση μιας πιπέτας. Εξηγήστε τα παρατηρούμενα φαινόμενα.
Πείραμα 5. Δεν χύνεται νερό από ένα δοχείο με τρύπες στον πυθμένα.
Χρησιμοποιώντας ένα λεπτό σύρμα ή ένα σουβλί, δείξτε στους μαθητές ότι το δοχείο έχει τρύπες. Στη συνέχεια βυθίστε το δοχείο σε νερό. Μόλις γεμίσει με νερό, κλείστε την τρύπα στο καπάκι με το δάχτυλό σας, ανασηκώστε τη συσκευή και τοποθετήστε την πάνω από το ταψί. Το νερό δεν ξεχύνεται από τις τρύπες: υποστηρίζεται από το εξωτερικό ατμοσφαιρική πίεση. Μετά από αυτό, ανοίξτε την τρύπα στο καπάκι και παρατηρήστε το άφθονο «ντους» που σχηματίζεται από πολλά ρεύματα νερού.
Πείραμα 6. Το πείραμα του Torricelli.
Διαβάστε την περιγραφή του πειράματος στο εγχειρίδιο φυσικής για την 7η τάξη. Κάντε σημειώσεις στο σημειωματάριό σας σύμφωνα με το σχέδιο: ιστορικό υπόβαθρο. σκοπός του πειράματος· πειραματικό διάγραμμα εγκατάστασης. κύρια στάδια του πειράματος· αποτελέσματα του πειράματος· συμπεράσματα.
Θέμα 5. Η δράση υγρού και αερίου σε σώμα βυθισμένο σε αυτά. Νόμος του Αρχιμήδη.
Πείραμα 1. Η δράση υγρού και αερίου σε βυθισμένο σώμα.
Βεβαιωθείτε ότι ένα σώμα σε υγρό ή αέριο υπόκειται σε δύναμη άνωσης που κατευθύνεται αντίθετα από τη δύναμη της βαρύτητας που εφαρμόζεται σε αυτό το σώμα.
Κρεμάστε το σώμα σας από ένα λάστιχο. Το τουρνικέ τεντώθηκε υπό την επίδραση του σωματικού βάρους.
Τοποθετήστε το σώμα σε ένα δοχείο με νερό. Το μήκος του καλωδίου έχει μειωθεί σημαντικά. Το πείραμα μπορεί να πραγματοποιηθεί με ένα ελατήριο από τον κάδο του Αρχιμήδη. Συνιστάται να παίρνετε μεγάλες πατάτες ως σώμα.
Τοποθετήστε μια γυάλινη μπάλα ισορροπημένη σε μια ζυγαριά μέσα σε ένα ανοιχτό δοχείο. Γεμίστε το δοχείο διοξείδιο του άνθρακα, το οποίο μπορεί να ληφθεί χρησιμοποιώντας τη συσκευή Kip. Διαταράσσεται η ισορροπία της ζυγαριάς. Εξάγουμε ένα συμπέρασμα.
Πείραμα 2. Προτείνετε παραλλαγές πειραμάτων που πρέπει να αποδειχθούν για να διευκρινιστεί η εξάρτηση της άνωσης από τη μάζα σώματος. υγρή πυκνότητα? την πυκνότητα της ουσίας από την οποία είναι φτιαγμένο το σώμα· βάθος βύθισης σώματος σε υγρό. σχήματα σώματος? όγκος σώματος. Εκτελέστε πειράματα. Εξάγουμε ένα συμπέρασμα.
Πείραμα 3. Νόμος του Αρχιμήδη.
Δείξτε ότι η χωρητικότητα του κάδου είναι ίση με τον όγκο του κυλίνδρου. Για να το κάνετε αυτό, τοποθετήστε τον κύλινδρο στον κάδο. Λάβετε υπόψη ότι δεν υπάρχει κενό μεταξύ των τοιχωμάτων του κάδου και του κυλίνδρου.
Κρεμάστε έναν κουβά στο ελατήριο του δυναμόμετρου που σφίγγεται στο τρίποδο και πίσω του ένα βάρος σε ένα λεπτό σύρμα. Υπό την επίδραση του βάρους του φορτίου, το ελατήριο παραμορφώνεται.
Σημειώστε τη θέση του δίσκου στο ελατήριο με ένα κινούμενο βέλος.
Χαμηλώστε εντελώς τον κύλινδρο σε ένα δοχείο με νερό. Η ένδειξη επέκτασης ελατηρίου θα μετακινηθεί προς τα πάνω και θα τοποθετηθεί πάνω από το βέλος.
Εξηγήστε στους μαθητές ότι η δύναμη που σπρώχνει ένα σώμα έξω από το υγρό θα είναι ίση με το βάρος ενός τέτοιου πρόσθετου φορτίου που θα επέστρεφε τον δίσκο - τον δείκτη στην αρχική του θέση, δηλαδή στο βέλος.
Πάρτε ένα ποτήρι νερό και ρίξτε το σιγά σιγά στον κάδο. Λόγω του βάρους του νερού, το ελατήριο τεντώνεται ξανά και ο δίσκος πέφτοντας κάτω έρχεται στον δείκτη. Μόλις ο δίσκος φτάσει στο βέλος, το νερό αρχίζει να ξεχύνεται από τον κάδο.
Μπορούμε να συμπεράνουμε: η δύναμη που ωθεί προς τα έξω ένα σώμα βυθισμένο σε ένα υγρό είναι ίση με το βάρος του υγρού στον όγκο αυτού του σώματος.
Θέμα 6. Κολυμβητικά σώματα. Ιστιοπλοΐα πλοίων. Αεροναυτική.