Свойства жидкостей плотность определение

Примечания

— статья из Физической энциклопедии
В технической гидромеханике иногда жидкостью в широком смысле этого слова называют и газ; при этом жидкость в узком смысле слова называют капельной жидкостью.
«Физическая энциклопедия». В 5 томах. М.: «Советская энциклопедия», 1988
Главный редактор А. М. Прохоров. Ньютоновская жидкость // Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия (рус.). — 1983.
— статья из Физической энциклопедии
Уилкинсон У. Л., Неньютоновские жидкости, пер. с англ., М., 1964
Астарита Д ж., Марруччи Д ж., Основы гидромеханики неньютоновских жидкостей, пер. с англ., М., 1978
Андреев В. Д. Крэш (crash)-конформационная кинематика ковалентной решётки алмаза при плавлении // Журнал структурной химии. — 2001. — № 3. — С. 486—495.
Андреев В. Д. «Фактор плавления» при межатомных взаимодействиях в алмазной решётке // Химическая физика. — 2002. — № 8,т.21. — С. 35—40.

Физические свойства жидкости

Термины, определения и параметры

Жидкость — физическое тело, которое обладает свойством текучести, т. е. не имеющее способности самостоятельно сохранять свою форму.Текучесть жидкости обусловлена подвижностью молекул, составляющих жидкость.

Жидкостью называется агрегатное состояние вещества, промежуточное между твердым и газообразным. Жидкость характеризуется следующими свойствами: 1) сохраняет объем; 2) образует поверхность; 3) обладает прочностью на разрыв; 4) принимает форму сосуда; 5) обладает текучестью. Свойства жидкости с 1) по 3) подобны свойствам твёрдых тел, а свойство 4) — свойству жидкости.

Жидкости, законы движения и равновесия которых изучаются в гидравлике (механике жидкости и жидкости), делятся на два класса: сжимаемые жидкости или газы, почти несжимаемые — капельные жидкости.

В гидравлике рассматриваются как идеальные, так и реальные жидкости.

Идеальная жидкость — жидкость, между частицами которой отсутствуют силы внутреннего трения. Вследствие этого такая жидкость не сопротивляется касательным силам сдвига и силам растяжения. Идеальная жидкость совершенно не сжимается, она оказывает бесконечно большое сопротивление силам сжатия. Такой жидкости в природе не существует — это научная абстракция, необходимая для упрощения анализа общих законов механики применительно к жидким телам.

Реальная жидкость — жидкость, которая не обладает в совершенстве свойствами идеальной жидкости, она в некоторой степени сопротивляется касательным и растягивающим усилиям, а также отчасти сжимается. Для решения многих задач гидравлики этим отличием в свойствах идеальной и реальной жидкостей можно пренебречь. В связи с этим физические законы, выведенные для идеальной жидкости, могут быть применены к жидкостям реальным с соответствующими поправками.

Ниже кратко представлены общие сведения, касающиеся физических свойств жидкостей. Ссылки на страницы с конкретными физическими свойствами разных жидкостей находятся в здесь. Эти разделы будут постепенно пополняться новой информацией, которая, возможно, окажется полезной инженерам и конструкторам при выполнении расчётов.

Малая сжимаемость — жидкость

Молекулярное давление поверхностной пленки различной кривизны.

Малая сжимаемость жидкости, о чем говорилось ранее, и объясняется тем, что в большинстве случаев внешние силы сравнительно с молекулярным давлением являются незначительными.

Малая сжимаемость жидкостей позволяет во многих случаях вообще полностью пренебречь изменениями их объема. Тогда вводят представление об абсолютно несжимаемой жидкости.

Малая сжимаемость жидкостей приводит к тому, что участок изотермы ВА представляет собой почти вертикальную прямую.

Малая сжимаемость жидкостей позволяет во многих случаях вообще полностью пренебречь изменениями их объема. Тогда вводят представление об абсолютно несжимаемой жидкости. Это — идеализация, которой постоянно пользуются. Конечно, и в несжимаемой жидкости давление определяется степенью ее сжатия. Однако даже при очень больших давлениях изменения объема несжимаемых жидкостей столь ничтожны, что с ними можно не считаться. Можно сказать, что несжимаемая жидкость — это предельный случай сжимаемой жидкости, когда для получения бесконечно больших давлений уже достаточны бесконечно малые сжатия. Несжимаемая жидкость является такой же абстракцией, как и твердое тело.

Соответственно очень малой сжимаемости жидкостей их вязкость значительно меньше зависит от давления, чем от температуры; она возрастает в среднем на 1 / 300 — 1 / 500 при увеличении давления на 0 1 МПа.

Чем обусловлена малая сжимаемость жидкостей.

Однако вследствие малой сжимаемости жидкостей изменения плотности жидкости с высотой происходят гораздо медленнее, чем изменения плотности газа.

Особый интерес представляет ничтожно малая сжимаемость жидкостей. Если, например, на каждый квадратный метр поверхности воды действует нормальная к этой поверхности сила 9 8 МН, то вода сжимается лишь на 0 005 % от своего первоначального объема. Опыты показали, что и остальные жидкости почти не изменяют своего объема под действием сжимающих их сил. Поэтому жидкости можно считать практически несжимаемыми.

Особый интерес представляет ничтожно малая сжимаемость жидкостей.

Этот опыт иллюстрирует малую сжимаемость жидкостей.

Большая подвижность частиц и малая сжимаемость жидкости являются ее отличительными особенностями. В отличие от этого сазы обладают относительно хорошей сжимаемостью.

Как уже отмечалось, ввиду малой сжимаемости жидкостей и ничтожного влияния ее на рассматриваемые в гидравлике явления, при гидравлических расчетах сжимаемостью жидкостей обычно пренебрегают.

Эта весьма простая модель наглядно иллюстрирует очень малую сжимаемость жидкости. Очень малой сжимаемостью жидкости объясняется то, что плотность в высоком столбе жидкости, например в море, почти не меняется с высотой. Поэтому, исследуя давление жидкости на разных расстояниях от дна, мы найдем, что оно уменьшается прямо пропорционально высоте, тогда как в газах давление меняется с высотой по барометрической формуле.

Кривые потенциальной.

Неньютоновские жидкости и их свойства

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

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

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

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

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

Мы уже знаем, что жидкости имеют фиксированный объем и принимают форму того сосуда, в котором они находятся. Мы знаем также, что плотности жидкостей намного больше, чем у газов. В общем случае плотности жидкостей имеют значения, подобные плотностям твердых веществ. Сжимаемость жидкостей очень невелика, поскольку между частицами жидкости остается совсем немного свободного пространства.

Свободно падающая капля воды. Ее сферическая форма обусловлена поверхностным натяжением.

Нам предстоит рассмотреть еще три других важных свойства жидкостей. Все эти свойства можно объяснить на основе представлений кинетической теории жидкостей.

Текучесть и вязкость
. Подобно газам жидкости могут течь, и это их свойство называется текучестью. Сопротивляемость течению называется вязкостью
. На текучесть и вязкость влияет целый ряд факторов. Наиболее важными из них являются силы притяжения между молекулами жидкости, а также форма, структура и относительная молекулярная масса этих молекул. Текучесть жидкости, состоящей из больших молекул, ниже, чем у жидкости из малых молекул. Вязкость жидкостей приблизительно в 100 раз больше, чем у газов.

Поверхностное натяжение.
На молекулу, находящуюся в глубине жидкости, со всех сторон равномерно действуют силы межмолекулярного притяжения. Однако на поверхности жидкости эти силы оказываются несбалансированными, и вследствие этого поверхностные молекулы испытывают действие результирующей силы, направленной внутрь жидкости. Поэтому поверхность жидкости оказывается в состоянии натяжения-она все время стремится сократиться. Поверхностное натяжение жидкости-это минимальная сила, необходимая, чтобы преодолеть устремление частиц жидкости внутрь и тем самым удержать поверхность жидкости от сокращения. Существованием поверхностного натяжения объясняется сферическая форма свободно падающих капель жидкости.

Диффузия
. Так называется процесс, посредством которого вещество перераспределяется из области с высокой концентрацией или высоким давлением в область с меньшей концентрацией или меньшим давлением.
Диффузия в жидкостях осуществляется гораздо медленнее, чем в газах, потому что частицы жидкости упакованы гораздо плотнее, чем частицы газа. Частица, диффундирующая в жидкости, подвергается частым столкновениям и поэтому подвигается с трудом. В газах между частицами много свободного пространства, и они могут перераспределяться значительно быстрее. Диффузия осуществляется между взаимно растворимыми, или смешивающимися, жидкостями. Она не происходит между несмешивающимися жидкостями. В отличие от жидкостей все газы смешиваются друг с другом и поэтому могут диффундировать один в другой.

Теплопроводность воды в зависимости от температуры и давления

В таблице приведены значения теплопроводности воды и водяного пара при температурах от 0 до 700°С и давлении от 1 до 500 атм.

Как известно, вода при атмосферном давлении закипает и переходит в пар при температуре 100°С. Коэффициент теплопроводности воды в этих условиях равен 0,683 Вт/(м·град). При увеличении давления растет и температура кипения воды (закон Клапейрона — Клаузиуса). По данным таблицы видно, при давлении в 100 раз выше атмосферного (100 бар) вода находится в виде пара при температуре от 310°С и имеет теплопроводность 0,523 Вт/(м·град).

Таким образом, следует отметить, что изменение давления влияет как на температуру кипения воды, так и на величину ее теплопроводности. Высокая теплопроводность воды достигается за счет роста давления — при повышении давления коэффициент теплопроводности воды увеличивается. Например, при давлении 1 бар и температуре 20°С вода имеет теплопроводность, равную 0,603 Вт/(м·град). При росте давления до 500 бар теплопроводность воды становится равной 0,64 Вт/(м·град) при этой же температуре.

Примечание: Черта под значениями в таблице означает фазовый переход воды в пар, то есть цифры под чертой относятся к пару, а выше ее — к воде. Теплопроводность в таблице указана в степени 103. Не забудьте разделить на 1000! Размерность теплопроводности воды в таблице Вт/(м·град).

Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей.
Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи.
Чубик И.А., Маслов А.М. Справочник по теплофизическим характеристикам пищевых продуктов и полуфабрикатов. М.: «Пищевая промышленность», 1970 — 184 с.
ГСССД 2-77 Вода. Плотность при атмосферном давлении и температурах от 0 до 100°С. М.: Издательство стандартов, 1978 — 6 с.

Теплопроводность воды в зависимости от температуры при атмосферном давлении

В таблице представлены значения теплопроводности воды в жидком состоянии при нормальном атмосферном давлении. Теплопроводность воды указана в зависимости от температуры в интервале от 0 до 100°С.

Вода при нагревании становиться более теплопроводной — ее коэффициент теплопроводности увеличивается. Например, при 10°С вода имеет теплопроводность 0,574 Вт/(м·град), а при росте температуры до 95°С величина теплопроводности воды увеличивается до значения 0,682 Вт/(м·град).

Теплопроводность воды в зависимости от температуры
t, °С	5	10	15	20	25	30	35	40	50
λ, Вт/(м·град)	0,569	0,572	0,574	0,587	0,599	0,609	0,618	0,627	0,635	0,648
t, °С	55	60	65	70	75	80	85	90	95	100
λ, Вт/(м·град)	0,654	0,659	0,664	0,668	0,671	0,674	0,677	0,68	0,682	0,683

Химические свойства воды

Ниже приведены Химические свойства воды по учебнику «Основы химии. Интернет-учебник» авторов А. В. Мануйлова, В. И. Родионова.

Взаимодействие воды с металлами

При взаимодействии воды с большинством металлов происходит реакция с выделением водорода:

2Na + 2H2O = H2 + 2NaOH (бурно);
2K + 2H2O = H2 + 2KOH (бурно);
3Fe + 4H2O = 4H2 + Fe3O4 (только при нагревании).

Не все, а только достаточно активные металлы могут участвовать в окислительно-восстановительных реакциях этого типа. Наиболее легко реагируют щелочные и щелочноземельные металлы I и II групп.

При взаимодействии воды с благородными металлами, такими как золото, платина …, реакция отсутствует.

Взаимодействие воды с неметаллами

Из неметаллов с водой реагируют, например, углерод и его водородное соединение (метан). Эти вещества гораздо менее активны, чем металлы, но все же способны реагировать с водой при высокой температуре:

C + H2O = H2 + CO (при сильном нагревании);
CH4 + 2H2O = 4H2 + CO2 (при сильном нагревании).

Взаимодействие воды с электрическим током

При воздействии электрическим током вода разлагается на водород и кислород. Это также окислительно-восстановительная реакция, где вода является одновременно и окислителем, и восстановителем.

Взаимодействие воды с оксидами неметаллов

Вода вступает в реакцию со многими оксидами неметаллов и некоторыми оксидами металлов. Это не окислительно-восстановительные реакции, а реакции соединения:

SO2 + H2O = H2SO3 (сернистая кислота);
SO3 + H2O = H2SO4 (серная кислота);
CO2 + H2O = H2CO3 (угольная кислота).

Взаимодействие воды с оксидами металлов

Некоторые оксиды металлов также могут вступать в реакции соединения с водой.

Примеры таких реакций мы уже встречали:

CaO + H2O = Ca(OH)2 (гидроксид кальция (гашеная известь).

Не все оксиды металлов способны реагировать с водой. Часть из них практически не растворима в воде и поэтому с водой не реагирует. Например: ZnO, TiO2, Cr2O3, из которых приготовляют, например, стойкие к воде краски. Оксиды железа также не растворимы в воде и не реагируют с ней.

Гидраты и кристаллогидраты

Вода образует соединения, гидраты и кристаллогидраты, в которых полностью сохраняется молекула воды.

Например:

CuSO4 + 5 H2O = CuSO4.5H2O;
CuSO4 — вещество белого цвета (безводный сульфат меди);
CuSO4.5H2O — кристаллогидрат (медный купорос), синие кристаллы.

Другие примеры образования гидратов:

H2SO4 + H2O = H2SO4.H2O (гидрат серной кислоты);
NaOH + H2O = NaOH.H2O (гидрат едкого натра).

Соединения, связывающие воду в гидраты и кристаллогидраты, используют в качестве осушителей. С их помощью, например, удаляют водяные пары из влажного атмосферного воздуха.

Био-синтез

Вода участвует в био-синтезе в результате, которого образуется кислород:

6n CO2 + 5n H2O = (C6H10O5)n + 6n O2 (при действии света)

Основные физические свойства жидкости плотность сжимаемость температурное расширение

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.

Cупе, все что надо, кратко и понятно. Спасибо!

Вязкость

Вязкость — это способность жидкости сопротивляться сдвигу, т. е. свойство, обратное текучести (более вязкие жидкости являются менее текучими). Вязкость проявляется в возникновении касательных напряжений (напряжений трения).

Рассмотрим слоистое течение жидкости вдоль стенки (рисунок)

В этом случае происходит торможение потока жидкости, обусловленное ее вязкостью. Причем скорость движения жидкости в слое тем ниже, чем ближе он расположен к стенке. Согласно гипотезе Ньютона касательное напряжение, возникающее в слое жидкости на расстоянии у от стенки, определяется зависимостью:

Закон трения Ньютона

где dv/dy — градиент скорости, характеризующий интенсивность нарастания скорости v при удалении от стенки (по оси у), μ ‑ динамическая вязкость жидкости.

Течения большинства жидкостей, используемых в гидравлических системах, подчиняются закону трения Ньютона, и их называют ньютоновскими жидкостями.

Однако следует иметь в виду, что существуют жидкости, в которых закон Ньютона в той или иной степени нарушается. Такие жидкости называют неньютоновскими.

Величина μ, входящая в формулу (динамическая вязкость жидкости), измеряется в Па⋅с либо в пуазах 1 П = 0.1 Па⋅с. Пуа́з (обозначение: П, до 1978 года пз; международное — P; от фр. poise) — единица динамической вязкости в системе единиц СГС. Один пуаз равен вязкости жидкости, оказывающей сопротивление силой в 1 дину взаимному перемещению двух слоев жидкости площадью 1 см², находящихся на расстоянии 1 см друг от друга и взаимно перемещающихся с относительной скоростью 1 см/с.

Единица названа в честь Ж. Л. М. Пуазёйля. Пуаз имеет аналог в системе СИ — паскаль-секунда (Па·c).

Вода при температуре 20 °C имеет вязкость 0,01002 П, или около 1 сантипуаза.

Однако на практике более широкое применение нашла

Кинематическая вязкость:

Единицей измерения последней в системе СИ является м2/с или более мелкая единица — см2/с, которую принято называть стоксом, 1 Ст = 1 см2/с. Для измерения вязкости также используются сантистоксы: 1 сСт = 0,01 Ст.

Вязкость жидкостей существенно зависит от температуры, причем вязкость капельных жидкостей с повышением температуры падает, а вязкость газов — растет (см. рисунок).

Это объясняется тем, что в капельных жидкостях, где молекулы расположены близко друг к другу, вязкость обусловлена силами молекулярного сцепления. Эти силы с ростом температуры ослабевают, и вязкость падает. В газах молекулы располагаются значительно дальше друг от друга. Вязкость газа зависит от интенсивности хаотичного движения молекул. С ростом температуры эта интенсивность растет и вязкость газа увеличивается.

Вязкость жидкостей зависит также от давления, но это изменение незначительно, и в большинстве случаев его не учитывают.

Давление в глубине жидкости

Вторым источником давления жидкости является её собственный вес.

Рис. 2. Вес тела

Этот вес будет распределён по площади дна ёмкости, содержащей жидкость, и мера этого распределения характеризуется давлением.

Если сосуд имеет площадь дна $S$, и столб жидкости в нём будет иметь высоту $h$, то объём этой жидкости будет равен:

$$V=Sh$$

Если плотность жидкости равна $\rho$, то масса жидкости равна:

$$m=\rho V=\rho Sh$$

Вес покоящегося тела равен силе тяжести. То есть:

$$P=m\mathrm{g} =\rho Sh \mathrm{g}$$

Этот вес распределён по площади дна $S$. Следовательно, давление на дне сосуда будет равно:

$$p={P\over S}={ \rho Sh \mathrm{g}\over S} $$

Сокращая значение площади, получаем формулу давления жидкости на глубине $h$:

$$p = \rho \mathrm{g} h$$

В данную формулу не входит площадь дна сосуда. Сосуд может иметь любую форму, давление жидкости на его дно будет определяться только высотой столба жидкости и её плотностью. По этой же формуле определяется давление в любой точке жидкости, не только на дне.

Рис. 3. Давление столба жидкости

Что мы узнали?

Давление в жидкости распространяется во все стороны без изменений. Источником этого давления может являться внешняя сила или вес самой жидкости. В последнем случае давление жидкости зависит только от плотности этой жидкости и от глубины точки измерения.

/5

Вопрос 1 из 5

Вопросы и пример задачи

Вопрос №1

Как вы думаете, изменится ли давление на дно цилиндрического сосуда, частично заполненного водой, если в него опустить деревянный брусок (рисунок 3)?

Рисунок 3. Иллюстрация к задаче

Посмотреть ответ

Скрыть

Ответ:

В данном случае уровень воды поднимется и высота столба станет больше, значит и давление увеличится.

Вопрос №2

Какая вода: пресная или соленая оказывает большее давление на дно сосуда при одинаковом объеме?

Посмотреть ответ

Скрыть ответ

Ответ:

Здесь достаточно вспомнить, что в соленой воде нам намного проще плавать и держаться на поверхности, что о говорит о ее большей плотности. А давление прямо пропорционально плотности. Соответственно, большее давление оказывает соленая вода.

Задача

Определите давление керосина на дно цистерны, если высота столба керосина $8 \space м$, а его плотность $800 \frac{кг}{м^3}$.

Дано:$\rho = 800 \frac{кг}{м^3}$$h = 8 \space м$

$p — ?$

Посмотреть решение и ответ

Скрыть

Решение:

Давление рассчитывается по формуле:$p= \rho gh$.

Подставим все величины и рассчитаем его:$p = 800 \frac{кг}{м^3} \cdot 9.8 \frac{Н}{кг} \cdot 8 \space м = 62 720 \space Па \approx 63 \space кПа$.

Ответ: $p \approx 63 \space кПа$.

Адгезия

Все мы знаем, что гуси и утки выходят из воды сухими. Почему же их перья не намокают? Оказывается, у них есть специальная железа, которая выделяет жир, которым водоплавающие птицы при помощи клюва смазывают свои перья. И они остаются сухими, потому что вода стекает с них капельками.

Поместим каплю воды на пластинку из полистирола. Она принимает форму сплющенного шарика. Такую же каплю попробуем поместить на стеклянную пластинку. Мы увидим, что на стекле она растекается. Что же происходит с водой? Всё дело в том, что силы притяжения действуют не только между молекулами самой жидкости, но и между молекулами разных веществ в поверхностном слое. Эти силы называются силами адгезии

(от латинского adhaesio

— прилипание).

Взаимодействие жидкости с твёрдым телом называют смачиванием

. Но поверхность твёрдого тела смачивается не всегда. Если окажется, что молекулы самой жидкости притягиваются друг к другу сильнее, чем к твёрдой поверхности, то жидкость соберётся в капельку. Именно так ведёт себя вода на пластинке из полистирола. Она не смачивает

эту пластинку. Точно так же не растекаются капельки утренней росы на листиках растений. И по этой же причине вода стекает с покрытых жиром перьев водоплавающих птиц.

А если притяжение молекул жидкости к твёрдой поверхности сильнее сил притяжения между самими молекулами, то жидкость расплывается на поверхности. Поэтому наша капелька на стекле также растеклась. В этом случае вода смачивает

поверхность стекла.

Нальём воду в сосуд из полистирола. Посмотрев на поверхность воды, мы увидим, что она не горизонтальная. У краёв сосуда она искривляется вниз. Так происходит, потому что силы притяжения между молекулами воды больше, чем силы адгезии (прилипания). А в стеклянном сосуде поверхность воды у краёв искривляется вверх. В этом случае силы прилипания больше внутримолекулярных сил воды. В широких сосудах это искривление наблюдается только у стенок сосудов. А если сосуд узкий, то это искривление заметно по всей поверхности воды.

Явление адгезии широко используется в различных отраслях промышленности — лакокрасочной, фармацевтической, косметической и др. Смачивание необходимо при склеивании, крашении тканей, нанесении на поверхность
красок, лаков. А при строительстве бассейнов их стенки, наоборот, покрывают материалом, который не смачивается водой. Такие же материалы используют для зонтов, плащей, непромокаемой обуви, тентов.

Растворимость газов

Многие жидкости способны растворять в себе газы. Эта способность характеризуется количеством растворенного газа в единице объема жидкости, различается для разных жидкостей и изменяется с увеличением давления.

Относительный объем газа, растворенного в жидкости до ее полного насыщения, можно считать по закону Генри прямо пропорциональным давлению, то есть:

где V_г — объем растворенного газа, приведенный к нормальным условиям (p, Т);V_ж — объем жидкости;k — коэффициент растворимости;р — давление жидкости.

Коэффициент k имеет следующие значения при 20°С:

вода	0,016
керосин	0,13
минеральные масла	0,08
жидкость АМГ-10	0,1

При понижении давления выделяется растворенный в жидкости газ, причем интенсивнее, чем растворяется в ней. Это явление может отрицательно сказывается на работе гидросистем.

Поверхностное натяжение жидкости

Явление поверхностного натяжения мы наблюдаем каждый раз, когда вода медленно капает из водопроводного крана. Сначала мы видим тонкую прозрачную плёнку, которая растягивается под тяжестью воды. Но она не рвётся, а охватывает небольшое количество воды и образует капельку, падающую из крана. Её создают силы поверхностного натяжения, которые стягивают воду в маленькое подобие шара.

Как возникают эти силы? В отличие от газа жидкость заполняет только часть объёма сосуда, в котором находится. Её поверхность — это граница раздела между самой жидкостью и газом (воздухом или паром). Со всех сторон молекулу, находящуюся внутри жидкости окружают другие молекулы той же жидкости. На неё действуют силы межмолекулярного воздействия. Они взаимно уравновешены. Равнодействующая этих сил равна нулю.

А на молекулы, находящиеся в поверхностном слое жидкости, силы притяжения со стороны молекул этой же жидкости могут действовать только с одной стороны. С другой стороны на них действуют силы притяжения молекул воздуха. Но так как они очень малы, ими пренебрегают.

Равнодействующая всех сил, действующих на молекулу, находящуюся на поверхности, направлена внутрь жидкости. И чтобы не оказаться втянутой в жидкость и остаться на поверхности, молекула совершает работу против этой силы. В результате молекулы верхнего слоя получают дополнительный запас потенциальной энергии. Чем больше поверхность жидкости, тем большее количество молекул находится там, и тем больше потенциальная энергия. Но в природе всё устроено так, что любая система старается свести свою потенциальную энергию до минимума. Следователь, существует сила, которая будет стремиться сократить свободную поверхность жидкости. Эта сила называется силой поверхностного натяжения

.

Натяжение поверхности жидкости очень велико. И чтобы его разорвать требуется довольно значительная сила. Ненарушенная поверхность воды может легко удерживать монету, лезвие бритвы или стальную иголку, хотя эти предметы значительно тяжелее воды. Сила тяжести, действующая на них, оказывается меньше силы поверхностного натяжения воды.

Наименьшую поверхность из всех геометрических объёмных тел имеет шар. Поэтому если на жидкость действуют только силы поверхностного натяжения, то она принимает форму сферы. Такую форму имеют капли воды в невесомости. Мыльные пузыри или пузыри кипящей жидкости также стараются принять сферическую форму.

Термодинамика

Термин «сжимаемость» также используется в термодинамике для описания отклонений термодинамических свойств реальных газов от свойств идеальных газов. Коэффициент сжимаемости (фактор сжимаемости) определяется как

Z=pV_RT,{\displaystyle Z={\frac {p{\underline {V}}}{RT}},}

где p — давление газа, T — температура,
V_{\displaystyle {\underline {V}}} — молярный объём.

Для идеального газа коэффициент сжимаемости Z равен единице, и тогда получаем привычное уравнение состояния идеального газа:

p=RTV_.{\displaystyle p={RT \over {\underline {V}}}.}

Для реальных газов Z может, в общем случае, быть как меньше единицы, так и больше неё.

Отклонение поведения газа от поведения идеального газа важно возле критической точки, или в случаях очень высоких давлений или достаточно низких температур. В этих случаях график зависимости коэффициента сжимаемости от давления (англ.) или, иначе говоря, уравнение состояния больше подходит для получения точных результатов при решении задач.

Поскольку это происходит динамически по мере того, как воздух обтекает аэрокосмический объект, то удобно изменять Z, рассчитанный для изначальной молярной массы воздуха 29,3 грамм/моль, чем миллисекунда за миллисекундой отслеживать изменяющийся молекулярный вес воздуха. Это зависящее от давления изменение происходит с атмосферным кислородом при изменении температуры от 2500 K до 4000 K, и с азотом при изменении температуры от 5000 K до 10,000 K

Связанные с этим ситуации рассматриваются в гиперзвуковой аэродинамике, когда диссоциация молекул приводит к возрастанию молярного объёма, потому что один моль кислорода, с химической формулой O₂, превращается в два моля одноатомного кислорода, и аналогично N₂ диссоциируется в 2N. Поскольку это происходит динамически по мере того, как воздух обтекает аэрокосмический объект, то удобно изменять Z, рассчитанный для изначальной молярной массы воздуха 29,3 грамм/моль, чем миллисекунда за миллисекундой отслеживать изменяющийся молекулярный вес воздуха. Это зависящее от давления изменение происходит с атмосферным кислородом при изменении температуры от 2500 K до 4000 K, и с азотом при изменении температуры от 5000 K до 10,000 K.

В тех областях, где зависящая от давления диссоциация является неполной, как коэффициент бета (отношение дифференциала объёма к дифференциалу давления), так и теплоёмкость при постоянном давлении будут сильно возрастать.

Выводы

Так мы с вами вывели формулу для расчета давления жидкости на дно сосуда. Какие выводы мы можем сделать?

От каких величин зависит давление жидкости на дно сосуда?

Обратите внимание, что во многих случаях, когда говорят о высоте столба жидкости, говорят о глубине. По какой формуле рассчитывают давление жидкости на стенки сосуда, давление внутри жидкости?

По какой формуле рассчитывают давление жидкости на стенки сосуда, давление внутри жидкости?

Давление жидкости не зависит от формы сосуда, оно зависит только от плотности жидкости и высоты ее столба

{"questions":,"answer":}},"hints":[]},{"content":"Как изменится давление на дно сосуда, если плотность новой жидкости будет в два раза больше, площадь дна сосуда в два раза меньше, а высота столба воды не изменится?`choice-12`","widgets":{"choice-12":{"type":"choice","options":,"explanations":,"answer":}},"hints":[]}]}