Lichide (fizică): definiție, proprietăți și exemple

Lichidul este una dintre cele patru stări ale materiei, celelalte fiind solide, gaz și plasmă. Studiul fizicii asociate lichidelor este o zonă surprinzător de mare. Dar când te gândești cât de mult din viața ta depinde de apa care curge prin țevi sau de bărci care pot pluti în ocean sau chiar dacă siropul pentru clătite poate curge corect din recipient, este ușor de văzut de ce este studiul și înțelegerea lichidelor important.

Există patru stări principale ale materiei: starea solidă, starea lichidă, starea gazelor și plasma. Materia se poate schimba de la o stare la alta în funcție de condițiile de presiune și temperatură.

Într-o solid, moleculele materialului sunt strâns legate, iar materialul își păstrează forma. Într-o lichid, moleculele sunt mai puțin strâns legate și capabile să alunece sau să curgă una peste alta. Într-o gaz, moleculele se separă unele de altele. Un gaz va umple întotdeauna recipientul în care se află și se poate extinde și contracta cu ușurință, în timp ce lichidele și solidele nu pot (sau cel puțin nu în aceeași măsură.)

Când un gaz se condensează, iar moleculele devin suficient de apropiate încât să se afecteze reciproc și să adere, acesta se transformă într-o formă lichidă. Acest lucru necesită de obicei răcirea, care elimină energia din sistem.

Când ceva într-o formă solidă se topește, acesta devine un lichid. Acest lucru necesită de obicei încălzirea care adaugă energie sistemului. Pe măsură ce temperatura materialului crește, mișcarea moleculară crește și depășește forțele intermoleculare care încearcă să țină moleculele rigid împreună.

După cum sa menționat anterior, lichidul este o stare a materiei. Incompresibilitatea lichidelor înseamnă că acestea au volum fix (volum definit) și nu se extind sau se contractă în nici un mod semnificativ, așa cum ar putea fi un gaz.

Într-un lichid, moleculele sunt unite slab de forțe de coeziune și pot curge liber unul lângă altul. Lichidele iau forma părții inferioare a containerului în care se află și nu păstrează o formă definită, așa cum o fac solidele.

Lichidele sunt adesea clasificate ca fluid, care este o etichetă mai largă aplicată atât lichidelor, cât și gazelor. Un fluid este o substanță care poate curge și multe dintre legile fizicii care se aplică fluxului de lichid se aplică și fluxului de gaze.

Exemple de lichide pot fi găsite în jurul tău. Cea cu care probabil sunteți cel mai familiarizat este apa, deoarece este necesară pentru viață și acoperă aproximativ 71% din suprafața pământului. Deoarece apa este sub formă lichidă la temperaturi standard pe Pământ, se crede că este motivul pentru care viața a putut să se formeze și să înflorească aici.

Există, desigur, multe alte substanțe care sunt lichide la temperatura camerei, inclusiv alcool, benzină și chiar mercur.

Substanțele care există sub formă lichidă doar la temperaturi mult mai reci includ acetilena, dioxidul de carbon, metanul și azotul lichid. Substanțele care există sub formă lichidă doar la temperaturi mult mai ridicate includ aluminiu și multe alte metale, carbon, porțelan și nisip.

Cristal lichid este o stare a materiei între lichid și solid. Unele substanțe au în esență două puncte de topire diferite: unul în care devin un cristal lichid și un alt punct mai înalt în care devin un lichid obișnuit. Cristalele lichide pot curge ca un lichid, dar pot afișa și simetrii asociate de obicei cu solidele cristaline. Cristalele lichide sunt utilizate la afișajele de ceasuri, calculatoare și televizoare.

Presiunea este o măsură a forței pe unitate de suprafață. Într-o substanță lichidă, toate moleculele lichide se apasă una de cealaltă și creează o presiunea internă. Vă puteți imagina și pereții containerului simțind această forță pe unitate de suprafață și, dacă ar fi să introduceți o gaură, presiunea ar forța lichidul să iasă.

Presiunea într-un lichid este, de asemenea, motivul pentru care poți pluti într-o piscină. Forța asociată contracarează gravitația.

Valoarea presiunii într-un lichid depinde de densitatea lichidului și de adâncime. Relația este după cum urmează:

Unde P este presiune, ρ este densitatea, d este adâncimea și g este accelerația datorată gravitației.

Faptul că presiunea crește odată cu adâncimea este motivul pentru care scafandrii trebuie să fie atenți. Ei trebuie să permită corpurilor lor să se acomodeze cu creșteri și scăderi de presiune pentru a evita rănirea.

Pentru lichidul dintr-o conductă, diferențele de presiune de-a lungul conductei vor face ca lichidul să curgă. Acest lucru se datorează faptului că presiunea este în esență o forță, iar o forță dezechilibrată determină schimbarea mișcării.

După cum probabil știți, unele obiecte plutesc și unele obiecte se scufundă și chiar și cele care se scufundă tind să o facă încet. Acest lucru ne spune că trebuie să existe o forță pe care lichidul o aplică, care contracarează gravitația. Această forță se numește forță plutitoare. Principiul lui Arhimede descrie forță plutitoare într-un lichid, adică forța care determină plutirea obiectelor.

Arhimede afirmă valoarea forței plutitoare foarte simplu: este egală cu greutatea fluidului deplasat de obiectul scufundat. Această greutate este ușor calculată ca produs al volumului obiectului (sau al porțiunii obiectului) care este scufundat, densitatea lichidului și g, accelerația datorată gravitației.

Deoarece forța de greutate asupra unui obiect este produsul masei sale și g, iar masa sa este egală cu produs al volumului și densității sale, este ușor de văzut că, pentru a pluti, obiectele trebuie să fie mai puțin dense decât apă.

O altă proprietate a lichidelor este vâscozitatea. Vâscozitatea este o măsură a cât de subțire sau groasă este un lichid sau rezistența acestuia la curgere sau la obiecte care trec prin el. Dacă ați compara siropul cu apa, de exemplu, ați observa că apa se revarsă mai repede și mai repede decât siropul gros. Asta pentru că siropul are o vâscozitate mai mare. Se spune că este mai vâscos.

Vâscozitatea este cauzată de frecarea dintre moleculele din straturile unui fluid care curge. Cu cât fricțiunea este mai mare, cu atât vâscozitatea este mai mare. Factorii care determină viscozitatea lichidelor includ temperatura și forma moleculară.