Рідина
Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Рідина́ (рос. жидкость; англ. liquid; fluid; нім. Flüssigkeit f)— один з основних агрегатних станів речовини.
Рух рідин та тіл в рідинах вивчає розділ фізики гідродинаміка, будову та фізичні властивості рідин - фізика рідин, складова частнина молекулярної фізики.
Зміст |
[ред.] Загальна характеристика
Рідина – конденсований агрегатний стан речовини, проміжний між твердим та газоподібним. Фізичне тіло, якому притаманна:
- а) текучість на відміну від твердого тіла;
- б) достатньо мала зміна об’єму (при зміні тиску й температури), на відміну від газу.
Збереження об’єму, густина, показник заломлення, теплота плавлення, в’язкість – властивості, які зближують рідини з твердими тілами, а незбереження форми – з газами. Для рідин характерний ближній порядок розташування молекул (відносна впорядкованість у розташуванні молекул найближчого оточення довільної молекули, подібна до порядку в кристалічних тілах, але на відстані кількох атомних діаметрів ця впорядкованість порушується). Взаємодія між молекулами рідини здійснюється Ван дер Ваальсовими і водневими зв’язками. Рідини, крім розсолів та зріджених металів, погані провідники електричного струму.
Текучість рідин пов’язана з періодичним “перестрибуванням” їх молекул з одного рівноважного положення в інше. Більшу ж частину часу окрема молекула рідини перебуває в тимчасовій асоціації з сусідніми молекулами (близька впорядкованість), де вона здійснює теплові коливання. Інколи рідиною в широкому розумінні слова називають і газ, при цьому рідину у вузькому змісті слова, яка задовольняє попереднім двом умовам, називають крапельною рідиною.
Форма, яку приймає рідина, визначається формою ємності, в якій вона знаходиться. Частинки рідини (зазвичай молекули або групи молекул) можуть вільно переміщуватися по всьому її об'єму, але сила взаємного притягання не дозволяє частинкам залишати цей об'єм. Об'єм рідини залежить від температури і тиску і є постійним за даних умов. Якщо об'єм рідини менший за об'єм ємності, в якій вона знаходиться, то можна спостерігати поверхню рідини. Поверхня має якості еластичної мембрани з поверхневим натягом, що дозволяє формуватися краплям та бульбашкам. Ще одним наслідком дії поверхневого натягу є капілярність. Зазвичай рідини не піддаються стисканню: наприклад, щоб помітно стиснути воду, необхідний тиск порядку гігапаскаля.
Рідини в гравітаційному полі створюють тиск, як на стінки і дно ємності, так і на будь-які тіла всередині самої рідини. Цей тиск діє у всіх напрямках (Закон Паскаля) і зростає з глибиною.
Якщо рідина знаходиться в стані спокою в однорідному гравітаційному полі, тиск на будь яку точку визначається барометричною формулою:
де:
= густина рідини (константа),
= прискорення вільного падіння,
= глибина точки (відстань між точкою та поверхнею рідини).
Згідно з цією формулою, тиск на поверхні дорівнює нулю, тобто вважається, що посудина досить широка, й поверхневий натяг можна не враховувати.
Зазвичай рідини розширюються при нагріванні та звужуються при охолоджуванні. Вода між 0 та 4 °C становить один з небагатьох винятків.
Рідина при температурі кипіння перетворюється на газ, а при температурі замерзання — на тверду речовину. Але навіть при температурі, нижчій за температуру кипіння, рідина випаровується. Цей процес триває доти, доки не буде досягнуто рівноваги парціального тиску пари рідини та тиску на поверхні рідини. Саме через це жодна рідина не може існувати тривалий час у вакуумі.
Всі рідини можна розділити на чисті рідини, що складаються з молекул однієї речовини, й суміші, які складаються з молекул різного сорту. Різні рідкі компоненти суміші можна розділити за допомогою фракційоної дистиляції. Не всі рідини утворюють однорідну суміш, якщо помістити їх в одну посудину. Часто рідини не змішуються, утворюючи поверхню між собою. В полі тяжіння одна рідина може плавати на поверхні іншої.
Здебільшого рідини — ізотропні речовини. Виняток складають рідкі кристали, які можна віднести до рідин з огляду на властивість перетікати й займати об'єм посудини, але в яких зберігаються властиві кристалічним тілам анізотропні властивості.
[ред.] Мікроскопічна будова
У рідині молекули здебільшого зберігають свою цілісність, хоча чимало рідин є розчинниками, які молекули яких до певної міри дисоціюють. При дисоціації в рідинах утворюються позитивно й негативно заряджені йони. Такі рідини проводять електричний струм (див. Електроліти).
З мікроскопічної точки зору рідини відрізняються від твердих тіл відсутністю далекого порядку, а від газів — ближнім порядком. Це означає, що атоми й молекули рідин здебільшого перебувають щодо своїх сусідів у тих же положеннях, що й у твердому стані, однак цей порядок зберігається для наступного шару сусідів гірше, а надалі зовсім зникає. Ближній порядок у рідинах характеризують радіальною кореляційною функцією.
[ред.] Рух молекул у рідинах
Молекули рідин здебільшого коливаються навколо тимчасового положення рівноваги, яке утворюється завдяки взаємодії з іншими молекулами. Для рідин потенціальна енергія взаємодії молекули з сусідами більша, ніж кінетична енергія теплового руху. Однак рідини характеризуються також високим коефіцієнтом самодифузії - з часом кожна молекула віддаляється від свого початкового положення. Середній квадрат зміщення від початкового положення молекули пропорційний часу.
[ред.] Структура рідин: близький порядок, радіальна функція розподілу
Завдяки взаємодії молекули в рідині розташовані не зовсім хаотично. Для характеристики взаємного положення молекул використовується поняття радіальної функції розподілу, яка пропорційна ймовірністі того, що на певній віддалі від якоїсь довільно-вибраної молекули, перебуватиме інша молекула. Для ідеального газу радіальна функція розподілу не залежить від віддалі і всюди дорівноє одиниці - рух молекул газу нескорельований, ймовірність знайти іншу молекулу на певній віддалі однакова. Для кристалу така функція розподілу складається із виразних максимумів, висота яких практично не зменшується з віддаллю. Говорять, що в кристалах зберігається далекий порядок. В рідинах радіальна функція розподілу має кілька максимумів, висота яких зменшується з віддаллю і через кілька середніх міжмолекулярних віддалей стає рівною одиниці. Говорять, що в рідинах зберігається ближній порядок, і не зберігається дальній порядок.
Експериментально радіальну функцію розподілу можна одержати, проаналізувавши дані експериментів із розсіяння рентгенівських променів чи нейтронів.
[ред.] Поняття про статистичну теорію рідини
 |
Будь ласка, допоможіть розширити або вдосконалити цей розділ.
Додаткова інформація про те, що необхідно зробити, може бути на сторінці обговорення.
|
[ред.] Типи упорядкування в рідинах
|
|
Будь ласка, допоможіть розширити або вдосконалити цей розділ.
Додаткова інформація про те, що необхідно зробити, може бути на сторінці обговорення.
|
[ред.] Стисливість рідин
|
|
Будь ласка, допоможіть розширити або вдосконалити цей розділ.
Додаткова інформація про те, що необхідно зробити, може бути на сторінці обговорення.
|
[ред.] Див. також
- рідина аномальна,
- рідина баротропна,
- рідина Бінгама,
- буферна рідина,
- рідина двофазна (багатофазна),
- рідина важка,
- рідина глушіння,
- рідина ідеальна,
- рідина насичена,
- рідина нев'язка,
- рідина недонасичена,
- рідина неньютонівська,
- рідина неоднорідна,
- рідина-носій,
- рідина ньютонівська,
- рідина однорідна,
- рідина Оствальда де–Ваале,
- рідина пружна,
- рідина реологічно нестаціонарна,
- рідина розриву робоча,
- рідина тиксотропна,
- рідина Шведова–Бінгама,
- рідини в'язкопружні (релаксаційні),
- рідини дилатантні,
- рідини на нафтовій основі,
- рідини псевдопластичні,
- рідини реопектні,
- рідинні вибухові речовини.
[ред.] Джерела
- Використано матеріали зі статті в англійській Вікіпедії.
- Мала гірнича енциклопедія: В 3-х т. / За ред. В. С. Білецького. — Донецьк: «Донбас», 2004. ISBN 966-7804-14-3
- Крокстон К. Физика жидкого состояния. М., Мир, 1978.
