Diketahui bahwa segala sesuatu yang mengelilingi seseorang, termasuk dirinya sendiri, adalah tubuh yang terdiri dari zat. Mereka, pada gilirannya, dibangun dari molekul, yang terakhir dari atom, dan mereka berasal dari struktur yang lebih kecil. Namun, keragaman di sekitarnya begitu besar sehingga sulit untuk membayangkan bahkan semacam kesamaan. Dan ada. Jumlah senyawa dalam jutaan, masing-masing memiliki sifat, struktur, dan peran yang unik. Secara total, beberapa keadaan fase dibedakan, yang menurutnya semua zat dapat dikorelasikan.
Keadaan materi
Ada empat opsi untuk keadaan agregat senyawa.
- Gas.
- Padat.
- Cairan.
- Plasma adalah gas terionisasi yang sangat jarang.
Dalam artikel ini kita akan mempertimbangkan sifat-sifat cairan, fitur strukturalnya, dan kemungkinan parameter kinerjanya.
Klasifikasi benda cair
Pembagian ini didasarkan pada sifat zat cair, struktur dan struktur kimianya, serta jenis interaksi antar partikel penyusun senyawa.
- Cairan yang terdiri dari atom-atom yang disatukan oleh gaya Van der Waals. Contohnya adalah gas cair (argon, metana dan lain-lain).
- Zat yang terdiri dari dua atom identik. Contoh: gas cair - hidrogen, nitrogen, oksigen, dan lainnya.
- Logam cair - merkuri.
- Zat yang terdiri dari unsur-unsur yang dihubungkan oleh ikatan polar kovalen. Contoh: hidrogen klorida, hidrogen iodida, hidrogen sulfida dan lain-lain.
- Senyawa yang memiliki ikatan hidrogen. Contoh: air, alkohol, amonia dalam larutan.
Ada juga struktur khusus - seperti kristal cair, cairan non-Newtonian, yang memiliki sifat khusus.
Kami akan mempertimbangkan sifat dasar cairan yang membedakannya dari semua keadaan agregasi lainnya. Pertama-tama, ini adalah yang biasa disebut fisik.
Sifat zat cair: bentuk dan volume
Secara total, sekitar 15 karakteristik dapat dibedakan yang memungkinkan kita untuk menggambarkan zat yang dimaksud dan apa nilai dan fiturnya.
Sifat fisik pertama dari cairan yang muncul dalam pikiran saat menyebutkan keadaan agregasi ini adalah kemampuan untuk mengubah bentuk dan menempati volume tertentu. Jadi, misalnya, jika kita berbicara tentang bentuk zat cair, maka secara umum diterima untuk menganggapnya tidak ada. Namun, tidak demikian.
Di bawah aksi gaya gravitasi yang terkenal, tetesan materi mengalami beberapa deformasi, sehingga bentuknya rusak dan menjadi tidak terbatas. Namun, jika Anda menempatkan setetes dalam kondisi di mana gravitasi tidak bekerjaatau sangat terbatas, maka akan berbentuk bola yang ideal. Jadi, diberi tugas: "Sebutkan sifat-sifat zat cair", seseorang yang menganggap dirinya ahli dalam fisika harus menyebutkan fakta ini.
Mengenai volume, di sini kita harus memperhatikan sifat umum gas dan cairan. Keduanya mampu menempati seluruh volume ruang di mana mereka berada, hanya dibatasi oleh dinding kapal.
Viskositas
Sifat fisika zat cair sangat beragam. Namun salah satunya unik, seperti kekentalan. Apa itu dan bagaimana definisinya? Parameter utama di mana nilai yang dipertimbangkan tergantung adalah:
- tegangan tangensial;
- gradasi kecepatan bergerak.
Ketergantungan nilai yang ditunjukkan adalah linier. Jika kita jelaskan dengan kata-kata yang lebih sederhana, maka viskositas, seperti volume, adalah sifat-sifat cairan dan gas yang umum bagi mereka dan menyiratkan gerakan tak terbatas, terlepas dari pengaruh kekuatan eksternal. Artinya, jika air mengalir keluar dari bejana, air akan terus mengalir di bawah pengaruh apa pun (gravitasi, gesekan, dan parameter lainnya).
Ini berbeda dari cairan non-Newtonian, yang lebih kental dan dapat meninggalkan lubang di belakangnya yang terisi seiring waktu.
Indikator ini bergantung pada apa?
- Dari suhu. Dengan meningkatnya suhu, viskositas beberapa cairan meningkat, sementara yang lain, sebaliknya,menurun. Itu tergantung pada senyawa spesifik dan struktur kimianya.
- Dari tekanan. Peningkatan menyebabkan peningkatan indeks viskositas.
- Dari komposisi kimia materi. Viskositas berubah dengan adanya pengotor dan komponen asing dalam sampel zat murni.
Kapasitas panas
Istilah ini mengacu pada kemampuan suatu zat untuk menyerap sejumlah panas tertentu untuk meningkatkan suhunya sendiri sebesar satu derajat Celcius. Ada koneksi yang berbeda untuk indikator ini. Beberapa memiliki lebih banyak, yang lain lebih sedikit kapasitas panas.
Jadi, misalnya, air adalah akumulator panas yang sangat baik, yang memungkinkannya digunakan secara luas untuk sistem pemanas, memasak, dan kebutuhan lainnya. Secara umum, indeks kapasitas panas sangat individual untuk setiap cairan individu.
Tegangan permukaan
Seringkali, setelah menerima tugas: "Sebutkan sifat-sifat cairan," mereka segera mengingat tegangan permukaan. Lagi pula, anak-anak diperkenalkan kepadanya di pelajaran fisika, kimia, dan biologi. Dan setiap item menjelaskan parameter penting ini dari sisinya sendiri.
Definisi klasik tegangan permukaan adalah sebagai berikut: ini adalah batas fase. Artinya, pada saat cairan telah menempati volume tertentu, ia berbatasan di luar dengan media gas - udara, uap atau zat lain. Dengan demikian, pemisahan fasa terjadi pada titik kontak.
Pada saat yang sama, molekul cenderung mengelilingi diri mereka dengan partikel sebanyak mungkin dan, dengan demikian, seolah-olah mengarah kemengompresi cairan secara keseluruhan. Oleh karena itu, permukaannya tampak meregang. Sifat yang sama juga dapat menjelaskan bentuk bulat dari tetesan cairan tanpa adanya gravitasi. Bagaimanapun, bentuk inilah yang ideal dari sudut pandang energi molekul. Contoh:
- gelembung sabun;
- air mendidih;
- cairan turun dalam keadaan tanpa bobot.
Beberapa serangga telah beradaptasi untuk "berjalan" di permukaan air justru karena tegangan permukaan. Contoh: alang-alang, unggas air, beberapa belatung.
Warna
Ada sifat umum zat cair dan zat padat. Salah satunya adalah fluiditas. Seluruh perbedaannya adalah bahwa untuk yang pertama tidak terbatas. Apa inti dari parameter ini?
Jika Anda menerapkan gaya eksternal ke benda cair, benda itu akan terbelah menjadi beberapa bagian dan memisahkannya satu sama lain, yaitu, benda itu akan mengalir. Dalam hal ini, setiap bagian akan kembali mengisi seluruh volume kapal. Untuk padatan, properti ini terbatas dan tergantung pada kondisi eksternal.
Ketergantungan sifat pada suhu
Ini termasuk tiga parameter yang mencirikan zat yang kita pertimbangkan:
- kepanasan;
- pendinginan;
- mendidih.
Sifat cairan seperti superheating dan hipotermia berhubungan langsung dengan titik didih dan titik beku (titik) kritis. Cairan yang terlalu panas adalah cairan yang telah melampaui ambang batas titik pemanasan kritis ketika terkena suhu, tetapi belum menunjukkan tanda-tanda eksternal mendidih.
Supercooled, masing-masing, disebutcairan yang telah melewati ambang batas titik kritis transisi ke fase lain di bawah pengaruh suhu rendah, tetapi belum menjadi padat.
Dalam kasus pertama dan kedua, ada kondisi untuk manifestasi sifat tersebut.
- Tidak ada efek mekanis pada sistem (gerakan, getaran).
- Suhu seragam, tanpa lompatan dan penurunan mendadak.
Fakta yang menarik adalah jika Anda memasukkan benda asing ke dalam cairan yang sangat panas (misalnya, air), benda itu akan langsung mendidih. Anda bisa mendapatkannya dengan pemanasan di bawah pengaruh radiasi (dalam oven microwave).
Koeksistensi dengan fase materi lainnya
Ada dua opsi untuk parameter ini.
- Cair - gas. Sistem seperti itu adalah yang paling luas, karena mereka ada di mana-mana di alam. Bagaimanapun, penguapan air adalah bagian dari siklus alami. Dalam hal ini, uap yang dihasilkan ada bersamaan dengan air cair. Jika kita berbicara tentang sistem tertutup, maka penguapan juga terjadi di sana. Hanya saja uap menjadi jenuh dengan sangat cepat dan seluruh sistem secara keseluruhan mencapai keseimbangan: cair - uap jenuh.
- Cair - padatan. Terutama pada sistem seperti itu, satu properti lagi terlihat - keterbasahan. Dalam interaksi air dan padatan, yang terakhir dapat dibasahi sepenuhnya, sebagian, atau bahkan menolak air. Ada senyawa yang larut dalam air dengan cepat dan praktis tanpa batas. Ada yang tidak mampu melakukan ini sama sekali (beberapa logam, berlian, dan lainnya).
Secara umum, disiplin hidroaeromekanika terlibat dalam studi interaksi cairan dengan senyawa dalam keadaan agregasi lain.
Kompresibilitas
Sifat dasar fluida tidak akan lengkap jika kita tidak menyebutkan kompresibilitas. Tentu saja, parameter ini lebih khas untuk sistem gas. Namun, yang kami pertimbangkan juga dapat dikompresi dalam kondisi tertentu.
Perbedaan utama adalah kecepatan proses dan keseragamannya. Sementara gas dapat dikompresi dengan cepat dan di bawah tekanan rendah, cairan dimampatkan secara tidak merata, cukup lama dan di bawah kondisi yang dipilih secara khusus.
Penguapan dan pengembunan cairan
Ini adalah dua sifat lagi dari cairan. Fisika memberi mereka penjelasan berikut:
- Penguapan adalah proses yang mencirikan transisi bertahap suatu zat dari keadaan agregasi cair ke keadaan padat. Ini terjadi di bawah pengaruh efek termal pada sistem. Molekul mulai bergerak dan, mengubah kisi kristalnya, berubah menjadi gas. Proses dapat berlanjut sampai semua cairan diubah menjadi uap (untuk sistem terbuka). Atau sampai kesetimbangan tercapai (untuk bejana tertutup).
- Kondensasi adalah proses yang berlawanan dengan yang ditunjukkan di atas. Di sini uap masuk ke molekul cair. Hal ini terjadi sampai kesetimbangan atau transisi fase lengkap didirikan. Uap melepaskan lebih banyak partikel ke dalam cairan daripada yang dilakukannya.
Contoh khas dari dua proses ini di alam adalah penguapan air dari permukaan Samudra Dunia, kondensasinya diatmosfer atas dan kemudian kejatuhan.
Sifat mekanik fluida
Sifat-sifat ini adalah subjek studi ilmu seperti hidromekanika. Secara khusus, bagiannya, teori mekanika fluida dan gas. Parameter mekanis utama yang mencirikan keadaan agregasi zat yang dipertimbangkan meliputi:
- kepadatan;
- berbagi;
- viskositas.
Di bawah kerapatan benda cair, pahami massanya, yang terkandung dalam satu satuan volume. Indikator ini bervariasi untuk senyawa yang berbeda. Sudah ada data yang dihitung dan diukur secara eksperimental pada indikator ini, yang dimasukkan dalam tabel khusus.
Gravitasi spesifik dianggap sebagai berat satu unit volume cairan. Indikator ini sangat bergantung pada suhu (saat naik, beratnya berkurang).
Mengapa mempelajari sifat mekanik cairan? Pengetahuan ini penting untuk memahami proses yang terjadi di alam, di dalam tubuh manusia. Juga saat membuat sarana teknis, berbagai produk. Bagaimanapun, zat cair adalah salah satu bentuk agregat paling umum di planet kita.
Cairan Non-Newtonian dan Sifatnya
Sifat-sifat gas, cair, padat adalah objek studi fisika, serta beberapa disiplin ilmu terkait. Namun, selain zat cair tradisional, ada juga yang disebut zat non-Newtonian, yang juga dipelajari oleh ilmu ini. Apa itu dan mengapa mereka mendapatkannyaapa judulnya?
Untuk memahami apa senyawa ini, berikut adalah contoh rumah tangga yang paling umum:
- "Slime" dimainkan oleh anak-anak;
- "permen karet tangan", atau permen karet untuk tangan;
- cat konstruksi biasa;
- larutan pati dalam air, dll.
Artinya, ini adalah cairan yang viskositasnya mengikuti gradien kecepatan. Semakin cepat tumbukan, semakin tinggi indeks viskositas. Oleh karena itu, ketika permen karet tangan mengenai lantai dengan pukulan yang tajam, itu berubah menjadi zat yang benar-benar padat yang dapat pecah berkeping-keping.
Jika dibiarkan, dalam beberapa menit saja akan menyebar menjadi genangan yang lengket. Cairan non-Newtonian adalah zat yang cukup unik dalam hal sifatnya, yang telah digunakan tidak hanya untuk tujuan teknis, tetapi juga untuk keperluan budaya dan sehari-hari.
