Flüssigkeiten (Physik): Definition, Eigenschaften & Beispiele

Flüssigkeit ist einer der vier Aggregatzustände, die anderen sind fest, Gas und Plasma. Das Studium der Physik von Flüssigkeiten ist ein überraschend großes Gebiet. Aber wenn Sie bedenken, wie viel von Ihrem Leben davon abhängt, dass Wasser durch Rohre fließt oder Boote im Meer schwimmen können, oder sogar Wenn Ihr Pfannkuchensirup richtig aus seinem Behälter fließen kann, ist es leicht zu verstehen, warum das Studium und das Verständnis von Flüssigkeiten so ist wichtig.

Es gibt vier Hauptzustände der Materie: Festkörper, Flüssigzustand, Gaszustand und Plasma. Materie kann je nach Druck- und Temperaturbedingungen von einem Zustand in einen anderen wechseln.

In einem solide, die Moleküle des Materials sind fest gebunden und das Material behält seine Form. In einem Flüssigkeit, sind die Moleküle weniger fest gebunden und können aneinander vorbeigleiten oder fließen. In einem Gas, werden die Moleküle voneinander getrennt. Ein Gas füllt immer den Behälter, in dem es sich befindet, und kann sich leicht ausdehnen und zusammenziehen, während Flüssigkeiten und Feststoffe dies nicht (oder zumindest nicht im gleichen Maße) können

Wenn ein Gas kondensiert und die Moleküle nahe genug zusammenkommen, um sich gegenseitig zu beeinflussen und zu haften, wird es flüssig. Dies erfordert in der Regel eine Kühlung, die dem System Energie entzieht.

Wenn etwas in fester Form schmilzt, wird es flüssig. Dies erfordert typischerweise eine Heizung, die dem System Energie hinzufügt. Wenn die Temperatur des Materials ansteigt, nimmt die molekulare Bewegung zu und überwindet die intermolekularen Kräfte, die versuchen, die Moleküle fest zusammenzuhalten.

Wie bereits erwähnt, ist Flüssigkeit ein Aggregatzustand. Die Inkompressibilität von Flüssigkeiten bedeutet, dass sie a fixierte Lautstärke (bestimmtes Volumen) und dehnen sich nicht in signifikanter Weise aus oder ziehen sich zusammen, wie dies bei einem Gas der Fall wäre.

In einer Flüssigkeit sind die Moleküle durch Kohäsionskräfte schwach miteinander verbunden und können frei aneinander vorbeifließen. Flüssigkeiten nehmen die Form des unteren Teils des Behälters an, in dem sie sich befinden, und behalten keine bestimmte Form bei, wie dies bei Feststoffen der Fall ist.

Flüssigkeiten werden oft kategorisiert als Flüssigkeit, ein breiteres Etikett, das sowohl für Flüssigkeiten als auch für Gase gilt. Eine Flüssigkeit ist ein Stoff, der fließen kann, und viele der physikalischen Gesetze, die für die Strömung von Flüssigkeiten gelten, gelten auch für die Strömung von Gasen.

Beispiele für Flüssigkeiten finden Sie überall um Sie herum. Am bekanntesten ist Ihnen wahrscheinlich Wasser, denn es wird für das Leben benötigt und bedeckt etwa 71 Prozent der Erdoberfläche. Da Wasser bei Standardtemperaturen auf der Erde in flüssiger Form vorliegt, wird angenommen, dass es der Grund dafür ist, dass sich hier Leben bilden und gedeihen konnte.

Natürlich gibt es viele andere Substanzen, die bei Raumtemperatur flüssig sind, darunter Alkohol, Benzin und sogar Quecksilber.

Stoffe, die nur bei deutlich kühleren Temperaturen in flüssiger Form vorliegen, sind Acetylen, Kohlendioxid, Methan und flüssiger Stickstoff. Stoffe, die erst bei viel höheren Temperaturen in flüssiger Form vorliegen, sind Aluminium und viele andere Metalle, Kohlenstoff, Porzellan und Sand.

Flüssigkristall ist ein Aggregatzustand zwischen flüssig und fest. Einige Substanzen haben im Wesentlichen zwei unterschiedliche Schmelzpunkte: einen, bei dem sie zu einem Flüssigkristall werden, und einen höheren Punkt, bei dem sie zu einer regulären Flüssigkeit werden. Flüssigkristalle können wie eine Flüssigkeit fließen, weisen aber auch Symmetrien auf, die typischerweise mit kristallinen Feststoffen verbunden sind. Flüssigkristalle werden in Displays von Uhren, Taschenrechnern und Fernsehern verwendet.

Druck ist ein Maß für die Kraft pro Flächeneinheit. In einer flüssigen Substanz drücken alle Flüssigkeitsmoleküle gegeneinander und erzeugen eine interner Druck. Sie können sich vorstellen, dass auch die Wände des Behälters diese Kraft pro Flächeneinheit spüren, und wenn Sie ein Loch stechen würden, würde der Druck die Flüssigkeit herausdrücken.

Der Druck in einer Flüssigkeit ist auch der Grund, warum Sie in einem Schwimmbad schwimmen können. Die damit verbundene Kraft wirkt der Schwerkraft entgegen.

Der Druckwert einer Flüssigkeit hängt von der Dichte und der Tiefe der Flüssigkeit ab. Die Beziehung ist wie folgt:

Wo P ist Druck, ρ ist Dichte, d ist Tiefe, und G ist die Erdbeschleunigung.

Die Tatsache, dass der Druck mit der Tiefe steigt, ist der Grund, warum Taucher vorsichtig sein müssen. Sie müssen ihrem Körper erlauben, sich an Druckerhöhungen und -abnahmen zu gewöhnen, um Verletzungen zu vermeiden.

Bei Flüssigkeit in einem Rohr führen Druckunterschiede entlang des Rohrs dazu, dass die Flüssigkeit fließt. Dies liegt daran, dass Druck im Wesentlichen eine Kraft ist und eine unausgeglichene Kraft eine Bewegungsänderung verursacht.

Wie Sie wahrscheinlich wissen, schwimmen einige Objekte, und einige sinken, und sogar die, die sinken, neigen dazu, dies langsam zu tun. Dies sagt uns, dass die Flüssigkeit eine Kraft ausüben muss, die der Schwerkraft entgegenwirkt. Diese Kraft wird Auftriebskraft genannt. Das Prinzip des Archimedes beschreibt die Auftriebskraft in einer Flüssigkeit, dh die Kraft, die Gegenstände zum Schweben bringt.

Archimedes gibt den Wert der Auftriebskraft sehr einfach an: Sie ist gleich dem Gewicht der Flüssigkeit, die vom eingetauchten Objekt verdrängt wird. Dieses Gewicht lässt sich leicht als Produkt aus dem eingetauchten Volumen des Objekts (oder dem Teil des Objekts), der Dichte der Flüssigkeit und g, der Erdbeschleunigung, berechnen.

Da die Schwerkraft auf einen Gegenstand das Produkt seiner Masse und g ist und seine Masse gleich der Produkt seines Volumens und seiner Dichte ist leicht zu erkennen, dass Objekte, um zu schweben, weniger dicht sein müssen als Wasser.

Eine weitere Eigenschaft von Flüssigkeiten ist die Viskosität. Die Viskosität ist ein Maß dafür, wie dünn oder dick eine Flüssigkeit ist oder ihren Widerstand gegen das Fließen oder das Hindurchtreten von Gegenständen. Wenn Sie beispielsweise Sirup mit Wasser vergleichen, werden Sie feststellen, dass Wasser schneller und schneller fließt als der dickflüssige Sirup. Das liegt daran, dass der Sirup eine höhere Viskosität hat. Es soll dickflüssiger sein.

Viskosität wird durch Reibung zwischen Molekülen in Schichten einer strömenden Flüssigkeit verursacht. Je größer die Reibung, desto größer die Viskosität. Zu den Faktoren, die die Viskosität einer Flüssigkeit bestimmen, gehören Temperatur und Molekülform.