Kapalina je jedním ze čtyř stavů hmoty, ostatní jsou pevná látka, plyn a plazma. Studium fyziky spojené s kapalinami je překvapivě velká oblast. Ale když vezmete v úvahu, kolik z vašeho života závisí na tom, jak voda protéká potrubím, nebo že čluny jsou schopny plavat v oceánu, nebo dokonce pokud váš palačinkový sirup dokáže správně vytékat z nádoby, je snadné pochopit, proč je studium a porozumění tekutinám Důležité.
States of Matter
Existují čtyři hlavní stavy hmoty: pevný stav, kapalný stav, plynný stav a plazma. Hmota se může měnit z jednoho stavu do druhého v závislosti na podmínkách tlaku a teploty.
V pevný, jsou molekuly materiálu pevně spojeny a materiál si udržuje svůj tvar. V kapalný, molekuly jsou méně pevně vázány a schopné klouzat nebo proudit kolem sebe. V plyn, molekuly se od sebe oddělují. Plyn vždy naplní nádobu, ve které je, a může se snadno rozpínat a smršťovat, zatímco kapaliny a pevné látky nemohou (nebo alespoň ne ve stejném rozsahu). plazma je stav hmoty, ke kterému dochází, když se plyn zahřeje do bodu, kdy se stane ionizovaným.
Když plyn kondenzuje a molekuly se dost blízko dost, aby se navzájem ovlivňovaly a přilnuly, změní se na kapalnou formu. To obvykle vyžaduje chlazení, které odebírá energii ze systému.
Když se něco v pevné formě roztaví, stane se z toho kapalina. To obvykle vyžaduje topení, které dodává energii do systému. Jak se teplota materiálu zvyšuje, zvyšuje se molekulární pohyb a překonává mezimolekulární síly, které se snaží držet molekuly pevně pohromadě.
Definice Liquid
Jak již bylo zmíněno dříve, kapalina je stav hmoty. Nestlačitelnost kapalin znamená, že mají a pevný objem (definitivní objem) a neroztahujte se ani se nesnižujte žádným významným způsobem, jako by to mohl plyn.
V kapalině jsou molekuly slabě spojeny soudržnými silami a mohou volně proudit kolem sebe. Kapaliny mají tvar spodní části jakékoli nádoby, ve které jsou, a neudržují určitý tvar jako pevné látky.
Kapaliny jsou často kategorizovány jako a tekutina, což je širší štítek aplikovaný na kapaliny i plyny. Kapalina je látka, která může proudit, a mnoho fyzikálních zákonů, které platí pro tok kapaliny, platí také pro tok plynů.
Příklady kapalin
Příklady tekutin najdete všude kolem vás. Pravděpodobně nejznámější je voda, protože je nezbytná pro život a pokrývá asi 71 procent zemského povrchu. Protože voda je v kapalné formě při standardních teplotách na Zemi, předpokládá se, že to byl důvod, proč se zde život mohl tvořit a vzkvétat.
Samozřejmě existuje mnoho dalších látek, které jsou kapalné při pokojové teplotě, včetně alkoholu, benzínu nebo dokonce rtuti.
Mezi látky, které existují v kapalné formě pouze při mnohem chladnějších teplotách, patří acetylen, oxid uhličitý, metan a kapalný dusík. Mezi látky, které existují v kapalné formě pouze při mnohem vyšších teplotách, patří hliník a mnoho dalších kovů, uhlík, porcelán a písek.
Tekutý krystal je skupenství hmoty mezi kapalinou a pevnou látkou. Některé látky mají v zásadě dvě různé teploty tání: jednu, ve které se stávají tekutým krystalem, a druhou vyšší teplotu, ve které se stanou běžnou kapalinou. Tekuté krystaly mohou proudit jako kapalina, ale také vykazovat symetrie typicky spojené s krystalickými pevnými látkami. Tekuté krystaly se používají na displejích hodinek, kalkulačkách a televizorech.
Tlak v kapalině
Tlak je měřítkem síly na jednotku plochy. V kapalné látce se všechny kapalné molekuly tlačí proti sobě a vytvářejí vnitřní tlak. Dokážete si představit, že stěny nádoby pociťují také tuto sílu na jednotku plochy, a pokud byste měli vystrčit díru, tlak by vytlačil kapalinu ven.
Tlak v kapalině je také důvod, proč jste schopni plavat v bazénu. Přidružená síla působí proti gravitaci.
Hodnota tlaku v kapalině závisí na hustotě a hloubce kapaliny. Vztah je následující:
Kde P je tlak, ρ je hustota, d je hloubka a G je gravitační zrychlení.
Skutečnost, že tlak roste s hloubkou, je důvodem, proč musí být potápěči opatrní. Musí umožnit svým tělům aklimatizaci na zvýšení a snížení tlaku, aby nedošlo ke zranění.
U kapaliny v potrubí způsobí rozdíly v tlaku podél potrubí tok kapaliny. Je to proto, že tlak je v podstatě síla a nevyvážená síla způsobuje změnu v pohybu.
Archimédův princip
Jak pravděpodobně víte, některé objekty se vznášejí a některé objekty se potápí a dokonce i ty, které se potápí, mají tendenci to dělat pomalu. To nám říká, že musí existovat síla, kterou kapalina působí, která působí proti gravitaci. Tato síla se nazývá vztlaková síla. Archimédův princip popisuje vztlaková síla v kapalině, tj. síle, která způsobuje vznášení předmětů.
Archimedes uvádí hodnotu vztlakové síly velmi jednoduše: rovná se hmotnosti kapaliny vytlačené ponořeným objektem. Tato hmotnost se snadno vypočítá jako součin objemu předmětu (nebo jeho části), který je ponořen, hustoty kapaliny ag, zrychlení v důsledku gravitace.
Protože gravitační síla na objekt je součinem jeho hmotnosti ag a jeho hmotnost se rovná produkt jeho objemu a hustoty, je snadno vidět, že aby mohly plavat, musí být předměty méně husté než voda.
Viskozita a kapaliny
Další vlastností kapalin je viskozita. Viskozita je měřítkem toho, jak tenká nebo tlustá je kapalina, nebo její odpor proti proudění nebo proti předmětům, které jím procházejí. Pokud byste srovnávali například sirup s vodou, všimli byste si, že voda nalévá rychleji a rychleji než hustý sirup. Je to proto, že sirup má vyšší viskozitu. Říká se, že je viskóznější.
Viskozita je způsobena třením mezi molekulami ve vrstvách tekoucí tekutiny. Čím větší je tření, tím vyšší je viskozita. Faktory, které určují viskozitu kapalin, zahrnují teplotu a molekulární tvar.