Tekočine (fizika): opredelitev, lastnosti in primeri

Tekočina je eno od štirih snovi, druga pa so trdna, plinska in plazemska. Preučevanje fizike, povezane s tekočinami, je presenetljivo veliko. Ko pa pomislite, koliko vašega življenja je odvisno od vode, ki teče po ceveh, ali čolnov, ki lahko plavajo v oceanu, ali celo ko vaš sirup za palačinke lahko pravilno steče iz posode, je enostavno razumeti, zakaj je preučevanje in razumevanje tekočin pomembno.

Obstajajo štiri glavna stanja snovi: trdno stanje, tekoče stanje, plinsko stanje in plazma. Snov se lahko spreminja iz enega stanja v drugega, odvisno od pogojev tlaka in temperature.

V trdna, molekule materiala so tesno povezane in material ima obliko. V tekočina, molekule so manj tesno povezane in lahko drsijo ali tečejo druga mimo druge. V plin, molekule se ločijo med seboj. Plin bo vedno napolnil posodo, v kateri je, in jo je mogoče enostavno razširiti in skrčiti, medtem ko tekočine in trdne snovi ne morejo (ali vsaj ne v enaki meri.) A plazmi je stanje snovi, ki nastane, ko se plin segreje do te mere, da postane ioniziran.

Ko se plin kondenzira in molekule postanejo dovolj blizu, da vplivajo drug na drugega in se držijo, se spremeni v tekočo obliko. To običajno zahteva hlajenje, ki odvaja energijo iz sistema.

Ko se nekaj v trdni obliki stopi, postane tekočina. To običajno zahteva ogrevanje, ki sistemu dodaja energijo. Ko se temperatura materiala povečuje, se molekularno gibanje povečuje in premaguje medmolekularne sile, ki poskušajo molekule togo držati skupaj.

Kot smo že omenili, je tekočina stanje snovi. Nestisljivost tekočin pomeni, da imajo a fiksna prostornina (določena količina) in se ne širijo ali krčijo na noben pomemben način, kot bi lahko plin.

V tekočini molekule šibko povežejo kohezijske sile in lahko prosto tečejo druga mimo druge. Tekočine imajo obliko spodnjega dela katerega koli vsebnika, v katerem so, in ne ohranijo določene oblike kot trdne snovi.

Tekočine so pogosto kategorizirane kot a tekočina, ki je širša oznaka za tekočine in pline. Tekočina je snov, ki lahko teče in številni zakoni fizike, ki veljajo za pretok tekočine, veljajo tudi za pretok plinov.

Primeri tekočin najdete povsod okoli sebe. Tista, ki jo verjetno najbolj poznate, je voda, ker je potrebna za življenje in pokriva približno 71 odstotkov zemeljske površine. Ker je voda na tekočih temperaturah na Zemlji na običajnih temperaturah, se domneva, da je to razlog, da se je tu lahko oblikovalo in razcvetelo življenje.

Seveda obstaja veliko drugih snovi, ki so tekoče pri sobni temperaturi, vključno z alkoholom, bencinom in celo živim srebrom.

Snovi, ki obstajajo v tekoči obliki le pri precej hladnejših temperaturah, vključujejo acetilen, ogljikov dioksid, metan in tekoči dušik. Snovi, ki obstajajo v tekoči obliki le pri veliko višjih temperaturah, vključujejo aluminij in številne druge kovine, ogljik, porcelan in pesek.

Tekoči kristal je stanje snovi med tekočim in trdnim. Nekatere snovi imajo v bistvu dve različni tališči: eno, pri kateri postanejo tekoči kristal, in drugo višjo točko, pri kateri postanejo običajna tekočina. Tekoči kristali lahko tečejo kot tekočina, vendar imajo tudi simetrije, ki so običajno povezane s kristalnimi trdnimi snovmi. Tekoči kristali se uporabljajo na zaslonih ur, kalkulatorjev in televizorjev.

Tlak je merilo sile na enoto površine. V tekoči snovi vse molekule tekočine pritiskajo ena proti drugi in ustvarjajo notranji tlak. Lahko si predstavljate, da stene posode občutijo to silo tudi na enoto površine, in če bi morali zaskočiti luknjo, bi pritisk prisilil tekočino ven.

Tlak v tekočini je tudi razlog, zakaj lahko plavate v bazenu. S tem povezana sila deluje proti gravitaciji.

Vrednost tlaka v tekočini je odvisna od gostote tekočine in globine. Razmerje je naslednje:

Kje P je pritisk, ρ je gostota, d je globina in g je pospešek zaradi gravitacije.

Dejstvo, da pritisk narašča z globino, je razlog, zakaj morajo biti potapljači previdni. Pustiti morajo, da se njihova telesa prilagajajo naraščanju in zmanjšanju pritiska, da se izognejo poškodbam.

Pri tekočini v cevi bodo razlike v tlaku vzdolž cevi povzročile pretok tekočine. To je zato, ker je pritisk v bistvu sila, neuravnotežena sila pa povzroči spremembe v gibanju.

Kot verjetno veste, nekateri predmeti plavajo, nekateri predmeti pa se pogreznejo in celo tisti, ki se pogreznejo, to počnejo počasi. To nam pove, da mora obstajati sila, ki jo tekočina deluje in ki nasprotuje gravitaciji. Ta sila se imenuje vzgonska sila. Arhimedovo načelo opisuje živahna sila v tekočini, to je sila, ki povzroči, da predmeti plavajo.

Vrednost vzgonske sile Arhimed navede zelo preprosto: je enaka teži tekočine, ki jo izpodriva potopljeni objekt. Ta teža se enostavno izračuna kot zmnožek volumna predmeta (ali dela predmeta), ki je potopljen, gostote tekočine in g, pospeška zaradi gravitacije.

Ker je sila teže na predmet zmnožek njegove mase in g, njegova masa pa je enaka izdelka njegove prostornine in gostote, je lahko videti, da morajo biti predmeti manjši kot vode.

Druga lastnost tekočin je viskoznost. Viskoznost je merilo, kako tanka ali gosta je tekočina ali njena odpornost proti toku ali predmeti, ki gredo skozi njo. Če primerjate sirup na primer z vodo, bi opazili, da voda teče hitreje in hitreje kot gost sirup. To je zato, ker ima sirup večjo viskoznost. Menda je bolj viskozna.

Viskoznost povzroča trenje med molekulami v plasteh tekoče tekočine. Večje kot je trenje, večja je viskoznost. Dejavniki, ki določajo viskoznost tekočin, vključujejo temperaturo in molekularno obliko.