Течности — определение, свойства, плътност и вискозитет

Научете всичко за течностите: дефиниция, ключови свойства, формула за налягане, плътност и вискозитет с примери и практични обяснения.

Течността е вид материя. Тя се намира между твърдото и газообразното вещество. Течността има почти фиксиран обем, но няма определена форма — тя приема формата на съда, в който се намира.

Как се държат молекулите

Всяка малка сила кара течността да променя формата си, като тече. Поради това гравитацията кара течностите винаги да приемат формата на съда. Молекулите, които съставляват течността, могат да се движат свободно помежду си, но са по-свързани отколкото в газовете. Това движение обяснява способността на течностите да текат и да протичат при нанасяне на усилие.

Основни свойства на течностите

• Форма и обем: имат определен обем, но нямат собствена форма — приемат формата на съда.
• Непосредствена деформация: дори много малка сила може да предизвика деформация (течение).
• Неподатливост на компресия: трудно се компресират в сравнение с газовете (имат голям модул на свиваемост).
• Преходни състояния: ако една течност се охлади под определена температура, тя ще се превърне в твърдо тяло — това е точката на топене (или точка на замръзване). Ако се нагрее достатъчно, тя преминава в газ при точката на кипене.
• Повърхностно напрежение: молекулните сили при повърхността водят до явления като капилярност и сферична форма на капките.

Плътност

ρ (ро) е число, което ни казва колко тежко е определено количество от течността — плътност. То е различно за всички течности и зависи от температурата и налягането. Обичайни стойности:

• Водата около 4 °C: ≈ 1000 kg/m³ (водата).
• Растителните масла: обикновено 800–920 kg/m³ (маслата).
• Кръвта: около 1050 kg/m³ (кръвта).

Плътността влиза директно в изчисления на налягане, плаваемост и сила на Архимедовия принцип — изтласкващата сила е равна на ρ·V·g, където V е обемът на потопената част от тялото.

Вискозитет

Течностите, които текат бавно, имат висок вискозитет. Някои течности като катрана имат толкова висок вискозитет, че могат да изглеждат твърди. Вискозитетът е мярка за вътрешното триене между слоевете течност при движение и се измерва като динамичен вискозитет (единствени: Pa·s или по-често mPa·s) и кинематичен вискозитет (m²/s).

Примери за ориентировъчни стойности при стайна температура:

• Вода: ~1 mPa·s (0.001 Pa·s).
• Растително масло: няколко до десетки mPa·s.
• Мед: стотици mPa·s; катран и медени субстанции — много по-високи.

Различаваме Нютонови течности (вискозитетът им е постоянен при различни скорости на срязване) и не-Нютонови течности (вискозитетът зависи от скоростта на срязване — напр. течности със сгъстяващо или разредяващо поведение, Бингамови пластики и др.).

Хидростатично налягане

В течност течността отгоре притиска течността отдолу, така че налягането p отдолу е по-голямо, отколкото отгоре. Уравнението за изчисляване на това е:

p = ρgz

Където z е дълбочината на точката под повърхността, а g е силата на гравитацията, която привлича течността. ρ е число, което ни казва колко тежко е определено количество от течността. Наричаме го плътност и то е различно за всички течности.

Важно уточнение: формулата дава увеличението на налягането спрямо налягането по повърхността. Ако искате абсолютното налягане на дълбочина z, добавя се атмосферното налягане (p_abs = p0 + ρgz). Това обяснява защо дори при малка дълбочина налягането значително нараства и защо дълбоководни точки изпитват големи сили.

Други явления и приложения

• Капилярност: поради повърхностното напрежение течностите могат да се изкачват по тесни тръбички.
• Плаване и потъване: според Архимедовия принцип тялото плува ако неговата средна плътност е по-малка от плътността на течността.
• Турбуленция и ламинарно течение: в зависимост от скоростта и характеристиките на течението то може да бъде ламинарно (слоево) или турбулентно; преходът се характеризира от безразмерно число на Рейнолдс.
• Топлинни и масово-преносни процеси: течности пренасят топлина и вещества — важна роля в инженерството, природните процеси и биологията.

Примери за течност са водата, маслата и кръвта, които илюстрират разнообразието в плътност и вискозитет и значението им за ежедневието, техниката и природните явления.

Въпроси и отговори

В: Какво е течност?

В: Как гравитацията влияе на течностите?

В: Какво представлява вискозитетът?

В: Възможно ли е да се компресира течност?

В: При каква температура течността се превръща в твърдо тяло?

В: При каква температура течността се превръща в газ?

В: Как се изчислява налягането в течностите?

Търсене по буква