Жидкость - Liquid

Образование сферической капли жидкой воды минимизирует площадь поверхности , что является естественным результатом поверхностного натяжения жидкостей.

Часть серии о
Механика сплошной среды
${\ displaystyle J = -D {\ frac {d \ varphi} {dx}}}$ Законы диффузии Фика
Законы Сохранение Масса Импульс Энергия Неравенства Клаузиус-Дюгем (энтропия)
Механика твердого тела Деформация Эластичность линейный Пластичность Закон Гука Стресс Конечная деформация Бесконечно малая деформация Совместимость Гибка Контактная механика фрикционный Теория разрушения материала Механика разрушения
Гидравлическая механика Жидкости Статика  · Динамика Принцип Архимеда  · Принцип Бернулли Уравнения Навье – Стокса Уравнение Пуазейля  · Закон Паскаля Вязкость ( Ньютоновский  · неньютоновский ) Плавучесть  · Смешивание  · Давление Жидкости Адгезия Капиллярное действие Хроматография Сплоченность (химия) Поверхностное натяжение Газы Атмосфера Закон Бойля Закон Чарльза Закон о комбинированном газе Закон Фика Закон Гей-Люссака Закон Грэма Плазма
Реология Вязкоупругость Реометрия Реометр Умные жидкости Электрореологический Магнитореологический Феррожидкости
Ученые Бернулли Бойл Коши Чарльз Эйлер Фик Гей-Люссак Грэм Гук Ньютон Навье Нолл Паскаль Стокса Truesdell
v т е

Жидкость является практически несжимаемой жидкостью , которая соответствует форме контейнера , но сохраняет (почти) объем постоянной независимо от давления. Таким образом, это одно из четырех основных состояний материи (другие - твердое тело , газ и плазма ) и единственное состояние с определенным объемом, но без фиксированной формы. Жидкость состоит из крошечных вибрирующих частиц вещества, таких как атомы, которые удерживаются вместе межмолекулярными связями . Подобно газу, жидкость может течь и принимать форму емкости. Большинство жидкостей сопротивляются сжатию, хотя другие могут сжиматься. В отличие от газа, жидкость не рассеивается, заполняя все пространство контейнера, и сохраняет довольно постоянную плотность. Отличительным свойством жидкого состояния является поверхностное натяжение , приводящее к явлениям смачивания . Вода , безусловно, самая распространенная жидкость на Земле.

Плотность жидкости, как правило , близка к твердому, и гораздо выше , чем в газе. Следовательно, и жидкое, и твердое вещество называют конденсированным веществом . С другой стороны, поскольку жидкости и газы обладают общей способностью течь, они оба называются жидкостями . Хотя жидкой воды на Земле много, это состояние вещества на самом деле наименее распространено в известной Вселенной, потому что для существования жидкостей требуется относительно узкий диапазон температуры / давления. Наиболее известное вещество во Вселенной находится в газообразной форме (со следами обнаруживаемого твердого вещества) в виде межзвездных облаков или плазмы внутри звезд.

Вступление

Тепловое изображение раковины, наполненной горячей водой с добавлением холодной воды, показывающее, как горячая и холодная вода перетекают друг в друга.

Жидкость - одно из четырех основных состояний материи , остальные - твердое, газообразное и плазменное . Жидкость - это жидкость . В отличие от твердого тела, молекулы в жидкости имеют гораздо большую свободу передвижения. Силы, связывающие молекулы вместе в твердом теле, в жидкости только временные, позволяя жидкости течь, в то время как твердое тело остается твердым.

Жидкость, как и газ, проявляет свойства жидкости. Жидкость может течь, принимать форму контейнера и, будучи помещенной в герметичный контейнер, будет равномерно распределять приложенное давление по каждой поверхности в контейнере. Если поместить жидкость в пакет, ей можно придать любую форму. В отличие от газа жидкость почти несжимаема, что означает, что она занимает почти постоянный объем в широком диапазоне давлений; он обычно не расширяется, чтобы заполнить доступное пространство в контейнере, но образует свою собственную поверхность, и он не всегда может легко смешиваться с другой жидкостью. Эти свойства делают жидкость пригодной для таких применений, как гидравлика .

Частицы жидкости связаны прочно, но не жестко. Они могут свободно перемещаться друг вокруг друга, что ограничивает подвижность частиц. С повышением температуры увеличивающиеся колебания молекул вызывают увеличение расстояний между молекулами. Когда жидкость достигает точки кипения , силы сцепления, которые тесно связывают молекулы, разрушаются, и жидкость переходит в газообразное состояние (если не происходит перегрев ). При понижении температуры расстояния между молекулами становятся меньше. Когда жидкость достигает точки замерзания, молекулы обычно фиксируются в очень специфическом порядке, называемом кристаллизацией, и связи между ними становятся более жесткими, превращая жидкость в твердое состояние (если не происходит переохлаждение ).

Примеры

Только два элемента являются жидкими при стандартных условиях по температуре и давлению : ртуть и бром . Еще четыре элемента имеют температуру плавления немного выше комнатной : франций , цезий , галлий и рубидий . Металлические сплавы, которые являются жидкими при комнатной температуре, включают NaK , натрий-калиевый металлический сплав, галинстан , жидкий плавкий сплав и некоторые амальгамы (сплавы, содержащие ртуть).

Чистые вещества, которые при нормальных условиях являются жидкими, включают воду, этанол и многие другие органические растворители. Жидкая вода имеет жизненно важное значение в химии и биологии; считается, что это необходимо для существования жизни.

Неорганические жидкости включают воду, магму, неорганические неводные растворители и многие кислоты .

Важные повседневные жидкости включают водные растворы, такие как бытовой отбеливатель , другие смеси различных веществ, таких как минеральное масло и бензин, эмульсии, такие как винегрет или майонез , суспензии, такие как кровь, и коллоиды, такие как краска и молоко.

Многие газы можно сжижать путем охлаждения с образованием таких жидкостей, как жидкий кислород , жидкий азот , жидкий водород и жидкий гелий . Однако не все газы можно сжижать при атмосферном давлении. Например, диоксид углерода можно сжижать только при давлении выше 5,1 атм .

Некоторые материалы нельзя отнести к классическим трем состояниям материи; они обладают твердыми и жидкими свойствами. Примеры включают жидкие кристаллы , используемые в ЖК-дисплеях, и биологические мембраны .

Приложения

Лава лампа содержит две несмешивающиеся жидкости (расплавленный воск , и раствор , водянистый) , которые добавляют движение за счет конвекции. В дополнение к верхней поверхности между жидкостями также образуются поверхности, требующие прерывателя натяжения для рекомбинации капель воска внизу.

Жидкости имеют множество применений, в качестве смазочных материалов, растворителей и охлаждающих жидкостей. В гидравлических системах жидкость используется для передачи мощности.

В трибологии жидкости изучаются на предмет их свойств как смазочных материалов . Смазочные материалы, такие как масло, выбираются по вязкости и текучести, которые подходят для всего диапазона рабочих температур компонента. Масла часто используются в двигателях, коробках передач , металлообработке и гидравлических системах из-за их хороших смазывающих свойств.

Многие жидкости используются в качестве растворителей для растворения других жидкостей или твердых веществ. Решения можно найти в самых разных областях, включая краски , герметики и клеи . Нафта и ацетон часто используются в промышленности для очистки деталей и оборудования от масла, жира и смолы. Биологические жидкости представляют собой растворы на водной основе.

Поверхностно-активные вещества обычно содержатся в мыле и моющих средствах . Растворители, такие как спирт, часто используются в качестве противомикробных средств . Они содержатся в косметике, чернилах и лазерах на жидких красителях . Они используются в пищевой промышленности, в таких процессах, как экстракция растительного масла .

Жидкости, как правило, имеют лучшую теплопроводность, чем газы, а способность течь делает жидкость пригодной для отвода избыточного тепла от механических компонентов. Тепло можно отводить, направляя жидкость через теплообменник , например радиатор , или тепло можно отводить вместе с жидкостью во время испарения . Для предотвращения перегрева двигателей используются охлаждающие жидкости на основе воды или гликоля . Теплоносители, используемые в ядерных реакторах, включают воду или жидкие металлы, такие как натрий или висмут . Пленки жидкого топлива используются для охлаждения тяговых камер ракет . При механической обработке вода и масло используются для удаления избыточного тепла, которое может быстро разрушить как заготовку, так и инструмент. Во время потоотделения пот отводит тепло от тела человека путем испарения. В сфере отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC) жидкости, такие как вода, используются для передачи тепла от одной области к другой.

Точно так же жидкости часто используются в кулинарии из- за их лучших свойств теплопередачи. В дополнение к лучшей проводимости, поскольку более теплые жидкости расширяются и поднимаются, в то время как более холодные области сжимаются и опускаются, жидкости с низкой кинематической вязкостью имеют тенденцию передавать тепло посредством конвекции при довольно постоянной температуре, что делает жидкость пригодной для бланширования , кипячения или жарки . Еще более высокая скорость теплопередачи может быть достигнута путем конденсации газа в жидкость. В точке кипения жидкости вся тепловая энергия используется, чтобы вызвать фазовый переход от жидкости к газу, без сопутствующего повышения температуры, и сохраняется как химическая потенциальная энергия . Когда газ конденсируется обратно в жидкость, эта избыточная тепловая энергия выделяется при постоянной температуре. Это явление используется в таких процессах, как пропаривание . Поскольку жидкости часто имеют разные точки кипения, смеси или растворы жидкостей или газов обычно можно разделить перегонкой с использованием тепла, холода, вакуума , давления или других средств. Дистилляцию можно найти во всем: от производства алкогольных напитков до нефтеперерабатывающих заводов и криогенной перегонки таких газов, как аргон , кислород , азот , неон или ксенон, путем сжижения (охлаждения их до температуры ниже их индивидуальных точек кипения).

Жидкость является основным компонентом гидравлических систем, которые используют закон Паскаля для обеспечения гидравлической энергии . Такие устройства, как насосы и водяные колеса , использовались для преобразования движения жидкости в механическую работу с древних времен. Масла нагнетаются через гидравлические насосы , которые передают эту силу на гидроцилиндры . Гидравлика используется во многих приложениях, таких как автомобильные тормоза и трансмиссии , тяжелое оборудование и системы управления самолетами. Различные гидравлические прессы широко используются в ремонте и производстве, для подъема, прессования, зажима и формовки.

Жидкости иногда используются в измерительных приборах. Термометр часто использует тепловое расширение жидкостей, таких как ртуть , в сочетании с их способностью течь , чтобы указать температуру. Манометр использует вес жидкости , чтобы указать давление воздуха .

Механические свойства

Объем

Количество жидкостей измеряется в единицах объема . К ним относятся кубический метр единицы СИ (м ³ ) и его деления, в частности кубический дециметр, обычно называемый литром (1 дм ³ = 1 л = 0,001 м ³ ), и кубический сантиметр, также называемый миллилитром (1 см 3). ³ = 1 мл = 0,001 л = ^10-6 м ³ ).

Объем количества жидкости определяется ее температурой и давлением . Жидкости обычно расширяются при нагревании и сжимаются при охлаждении. Заметным исключением является вода с температурой от 0 ° C до 4 ° C.

С другой стороны, жидкости обладают низкой сжимаемостью . Вода, например, сжимается только на 46,4 частей на миллион на каждую единицу увеличения атмосферного давления (бар). При давлении около 4000 бар (400 мегапаскалей или 58000 фунтов на квадратный дюйм ) при комнатной температуре вода уменьшается только на 11%. Несжимаемость делает жидкости пригодными для передачи гидравлической энергии , потому что изменение давления в одной точке жидкости передается в неизменном виде на все остальные части жидкости, и очень мало энергии теряется в форме сжатия.

Однако ничтожная сжимаемость приводит к другим явлениям. Удар труб, называемый гидравлическим ударом , происходит, когда клапан внезапно закрывается, создавая на клапане огромный скачок давления, который движется в обратном направлении через систему со скоростью чуть ниже скорости звука. Еще одно явление, вызванное несжимаемостью жидкости, - кавитация . Поскольку жидкости обладают небольшой эластичностью, их можно буквально разрывать в областях с высокой турбулентностью или резким изменением направления, таких как задняя кромка гребного винта лодки или острый угол трубы. Жидкость в области низкого давления (вакуума) испаряется и образует пузырьки, которые затем схлопываются, попадая в области высокого давления. Это заставляет жидкость заполнять полости, оставленные пузырьками, с огромной локальной силой, разрушая любую прилегающую твердую поверхность.

Давление и плавучесть

В гравитационном поле жидкости оказывают давление на стенки контейнера, а также на все, что находится внутри самой жидкости. Это давление распространяется во всех направлениях и увеличивается с глубиной. Если жидкость находится в состоянии покоя в однородном гравитационном поле, давление на глубине определяется выражением ${\ displaystyle p}$${\ displaystyle z}$

${\ displaystyle p = p_ {0} + \ rho gz \,}$

куда:

${\ displaystyle p_ {0} \,}$ это давление на поверхности

${\ Displaystyle \ rho \,}$- плотность жидкости, принимаемая однородной по глубине

${\ displaystyle g \,}$это ускорение свободного падения

Для водоема, открытого для воздуха, будет атмосферное давление . ${\ displaystyle p_ {0}}$

Статические жидкости в однородных гравитационных полях также демонстрируют явление плавучести , когда объекты, погруженные в жидкость, испытывают результирующую силу из-за изменения давления с глубиной. Величина силы равна весу жидкости, вытесняемой объектом, а направление силы зависит от средней плотности погружаемого объекта. Если плотность меньше плотности жидкости, выталкивающая сила направлена ​​вверх, и объект плавает, тогда как если плотность больше , выталкивающая сила направлена ​​вниз, и объект тонет. Это известно как принцип Архимеда .

Поверхности

Поверхностные волны в воде

Если объем жидкости точно не совпадает с объемом контейнера, наблюдается одна или несколько поверхностей. Наличие поверхности вводит новые явления, которых нет в объемной жидкости. Это связано с тем, что молекула на поверхности имеет связи с другими молекулами жидкости только на внутренней стороне поверхности, что подразумевает суммарную силу, тянущую молекулы поверхности внутрь. Эквивалентно эту силу можно описать в терминах энергии: существует фиксированное количество энергии, связанное с формированием поверхности данной области. Эта величина представляет собой свойство материала, называемое поверхностным натяжением , в единицах энергии на единицу площади (единицы СИ: Дж / м ² ). Жидкости с сильными межмолекулярными силами имеют тенденцию иметь большое поверхностное натяжение.

Практическое значение поверхностного натяжения состоит в том, что жидкости стремятся минимизировать площадь своей поверхности, образуя сферические капли и пузырьки, если не присутствуют другие ограничения. Поверхностное натяжение также отвечает за ряд других явлений, включая поверхностные волны , капиллярное действие , смачивание и рябь . В жидкостях в условиях наноразмерного ограничения поверхностные эффекты могут играть доминирующую роль, поскольку - по сравнению с макроскопическим образцом жидкости - гораздо большая часть молекул находится вблизи поверхности.

Поверхностное натяжение жидкости напрямую влияет на ее смачиваемость . Наиболее распространенные жидкости имеют напряжение в пределах десятков мДж / м ² , поэтому капли масла, воды или клея могут легко сливаться и прилипать к другим поверхностям, тогда как жидкие металлы, такие как ртуть, могут иметь напряжение в пределах сотен мДж / м 2. ² , поэтому капли не легко соединяются, и поверхности могут смачиваться только при определенных условиях.

Поверхностное натяжение обычных жидкостей имеет относительно узкий диапазон значений, который сильно контрастирует с огромным изменением других механических свойств, таких как вязкость.

Поток

Моделирование вязкости . Жидкость слева имеет более низкую вязкость и ньютоновское поведение, тогда как жидкость справа имеет более высокую вязкость и неньютоновское поведение.

Важным физическим свойством, характеризующим течение жидкости, является вязкость . Интуитивно вязкость описывает сопротивление жидкости течению.

С технической точки зрения вязкость измеряет сопротивление жидкости деформации с заданной скоростью, например, когда она сдвигается с конечной скоростью. Конкретный пример - жидкость, текущая по трубе: в этом случае жидкость подвергается деформации сдвига, поскольку она течет медленнее у стенок трубы, чем у центра. В результате он проявляет вязкое сопротивление потоку. Чтобы поддерживать поток, необходимо приложить внешнюю силу, например, перепад давления между концами трубы.

Вязкость жидкостей уменьшается с повышением температуры.

Точный контроль вязкости важен во многих областях применения, особенно в смазочной промышленности. Одним из способов достижения такого контроля является смешивание двух или более жидкостей разной вязкости в точных соотношениях. Кроме того, существуют различные присадки, которые могут модулировать температурную зависимость вязкости смазочных масел. Эта возможность важна, поскольку оборудование часто работает в диапазоне температур (см. Также индекс вязкости ).

Вязкое поведение жидкости может быть ньютоновским или неньютоновским . Ньютоновская жидкость демонстрирует линейную кривую деформации / напряжения, что означает, что ее вязкость не зависит от времени, скорости сдвига или предыстории скорости сдвига. Примеры ньютоновских жидкостей включают воду, глицерин , моторное масло , мед или ртуть. Неньютоновская жидкость - это жидкость, вязкость которой не зависит от этих факторов и либо густеет (увеличивается вязкость), либо разжижается (уменьшается вязкость) под действием сдвига. Примеры неньютоновских жидкостей включают кетчуп , майонез , гели для волос , пластилин пластилина или растворы крахмала .

Эластичность в ограниченном пространстве

Замкнутые жидкости могут проявлять другие механические свойства по сравнению с жидкостями в больших объемах. Например, жидкости в субмиллиметровом ограничении (например, в зазоре между жесткими стенками) демонстрируют механический отклик, подобный твердому телу, и обладают удивительно большим низкочастотным модулем упругости сдвига , который масштабируется с обратной кубической силой длины удержания.

Распространение звука

Скорость звука в жидкости определяется выражением где - объемный модуль жидкости и плотность. Например, вода имеет модуль объемной упругости около 2,2 ГПа и плотность 1000 кг / м ³ , что дает c = 1,5 км / с. ${\ displaystyle c = {\ sqrt {K / \ rho}}}$${\ displaystyle K}$${\ displaystyle \ rho}$

Термодинамика

Фазовые переходы

Типовая фазовая диаграмма . Пунктирная линия показывает аномальное поведение воды. Зеленые линии показывают, как точка замерзания может изменяться в зависимости от давления, а синяя линия показывает, как точка кипения может изменяться в зависимости от давления. Красная линия показывает границу, где может происходить сублимация или осаждение .

При температуре ниже точки кипения любое вещество в жидкой форме будет испаряться до достижения равновесия с обратным процессом конденсации его пара. В этот момент пар будет конденсироваться с такой же скоростью, как испаряется жидкость. Таким образом, жидкость не может существовать постоянно, если испарившаяся жидкость постоянно удаляется. Жидкость при температуре кипения или выше обычно закипает, хотя при определенных обстоятельствах это может предотвратить перегрев .

При температуре ниже точки замерзания жидкость имеет тенденцию кристаллизоваться , переходя в твердую форму. В отличие от перехода в газ, при этом переходе при постоянном давлении нет равновесия, поэтому, если не произойдет переохлаждение , жидкость в конечном итоге полностью кристаллизуется. Однако это верно только при постоянном давлении, так что (например) вода и лед в закрытом прочном контейнере могут достичь равновесия, при котором обе фазы сосуществуют. Для обратного перехода от твердого тела к жидкости см. Плавление .

Жидкости в космосе

Фазовая диаграмма объясняет, почему жидкости не существуют в космосе или любом другом вакууме. Поскольку давление равно нулю (кроме поверхностей или внутренних частей планет и лун), вода и другие жидкости, попадающие в космос, либо сразу закипают, либо замерзают в зависимости от температуры. В областях космоса около Земли вода замерзнет, ​​если солнце не светит прямо на нее, и испарится (возвышается), как только попадет в солнечный свет. Если вода существует на Луне в виде льда, она может существовать только в затененных дырах, где никогда не светит солнце и где окружающие камни не нагревают ее слишком сильно. В какой-то момент около орбиты Сатурна солнечный свет слишком слаб, чтобы превратить лед в водяной пар. Об этом свидетельствует долговечность льда, из которого состоят кольца Сатурна.

Решения

Жидкости могут образовывать растворы с газами, твердыми телами и другими жидкостями.

Две жидкости считаются смешиваемыми, если они могут образовывать раствор в любой пропорции; в противном случае они несовместимы. Например, вода и этанол (питьевой спирт) могут смешиваться, тогда как вода и бензин не смешиваются. В некоторых случаях смесь несмешивающихся жидкостей может быть стабилизирована с образованием эмульсии , в которой одна жидкость диспергируется в другой в виде микроскопических капель. Обычно для этого требуется присутствие поверхностно-активного вещества для стабилизации капель. Знакомый пример эмульсии - майонез , который состоит из смеси воды и масла, стабилизированной лецитином , веществом, содержащимся в яичных желтках .

Микроскопическое описание

Молекулы, из которых состоят жидкости, неупорядочены и сильно взаимодействуют , что затрудняет точное описание жидкостей на молекулярном уровне. Это контрастирует с двумя другими общими фазами вещества, газов и твердых тел. Хотя газы неупорядочены, они достаточно разрежены, поэтому взаимодействия многих тел можно игнорировать, а молекулярные взаимодействия вместо этого можно моделировать в терминах четко определенных событий двойных столкновений. И наоборот, хотя твердые тела плотные и сильно взаимодействуют, их регулярная структура на молекулярном уровне (например, кристаллическая решетка) допускает значительные теоретические упрощения. По этим причинам микроскопическая теория жидкостей менее развита, чем теория газов и твердых тел.

Статический структурный фактор

Структура классической одноатомной жидкости. У атомов много ближайших соседей в контакте, но дальний порядок отсутствует.

В жидкости атомы не образуют кристаллическую решетку и не обнаруживают никаких других форм дальнего порядка . Об этом свидетельствует отсутствие брэгговских пиков на дифракции рентгеновских лучей и нейтронов . В нормальных условиях дифракционная картина имеет круговую симметрию, выражающую изотропию жидкости. В радиальном направлении интенсивность дифракции плавно колеблется. Обычно это описывается статическим структурным фактором S (q) с волновым числом q = (4π / λ) sin θ, задаваемым длиной волны λ зонда (фотона или нейтрона) и углом Брэгга θ. Колебания S (q) выражают ближний порядок жидкости, то есть корреляции между атомом и несколькими оболочками ближайших, вторых ближайших, ... соседей.

Более интуитивное описание этих корреляций определяется радиальной функции распределения г (г) , которая является в основном преобразование Фурье из S (д) . Он представляет собой пространственное среднее временного снимка парных корреляций в жидкости.

Функция радиального распределения модельной жидкости Леннард-Джонса .

Распространение звука и структурная релаксация

Выше выражение для скорости звука содержит объемный модуль упругости K . Если K не зависит от частоты, жидкость ведет себя как линейная среда , так что звук распространяется без диссипации и без связи мод . В действительности любая жидкость демонстрирует некоторую дисперсию : с увеличением частоты K переходит от низкочастотного предела, подобного жидкости, к высокочастотному пределу, подобному твердому телу . В обычных жидкостях большая часть этого перехода происходит на частотах между ГГц и ТГц, иногда называемых гиперзвук . ${\ displaystyle c = {\ sqrt {K / \ rho}}}$ ${\ displaystyle K_ {0}}$${\ displaystyle K _ {\ infty}}$

На частотах ниже ГГц нормальная жидкость не может выдерживать поперечные волны : предел нулевой частоты модуля сдвига составляет . Иногда это рассматривается как определяющее свойство жидкости. Однако, как и модуль объемной упругости K , модуль сдвига G зависит от частоты, и на гиперзвуковых частотах он показывает аналогичный переход от жидкого предела к твердому, ненулевому пределу . ${\ displaystyle G_ {0} = 0}$${\ displaystyle G_ {0}}$${\ displaystyle G _ {\ infty}}$

Согласно соотношению Крамерса-Кронига , дисперсия скорости звука (заданная действительной частью K или G ) соответствует максимуму затухания звука (диссипация, заданная мнимой частью K или G ). Согласно теории линейного отклика , преобразование Фурье K или G описывает, как система возвращается к равновесию после внешнего возмущения; по этой причине скачок дисперсии в диапазоне ГГц..ТГц также называется структурной релаксацией . Согласно теореме флуктуационно- диссипации , релаксации в сторону равновесия тесно связано с колебаниями в равновесии. Флуктуации плотности, связанные со звуковыми волнами, можно экспериментально наблюдать по рассеянию Бриллюэна .

При переохлаждении жидкости в направлении стеклования переход от жидкого к твердому отклику смещается от ГГц к МГц, кГц, Гц, ...; эквивалентно, характерное время структурной релаксации увеличивается от нс до мкс, мс, с, ... Это микроскопическое объяснение вышеупомянутого вязкоупругого поведения стеклообразующих жидкостей.

Эффекты ассоциации

Механизмы атомной / молекулярной диффузии (или смещения частиц ) в твердых телах тесно связаны с механизмами вязкого течения и затвердевания в жидких материалах. Описание вязкости в терминах молекулярного «свободного пространства» внутри жидкости было изменено по мере необходимости, чтобы учесть жидкости, молекулы которых, как известно, «связаны» в жидком состоянии при обычных температурах. Когда различные молекулы объединяются, чтобы сформировать ассоциированную молекулу, они заключают в полужесткую систему определенное пространство, которое раньше было доступно как свободное пространство для мобильных молекул. Таким образом, увеличение вязкости при охлаждении из-за тенденции большинства веществ связываться при охлаждении.

Подобные аргументы могут быть использованы для описания влияния давления на вязкость, где можно предположить, что вязкость в основном является функцией объема для жидкостей с конечной сжимаемостью . Поэтому ожидается увеличение вязкости с ростом давления. Кроме того, если объем расширяется под действием тепла, но снова уменьшается под действием давления, вязкость остается прежней.

Локальная тенденция к ориентации молекул небольшими группами придает жидкости (как упоминалось ранее) определенную степень ассоциации. Эта ассоциация приводит к значительному «внутреннему давлению» внутри жидкости, которое почти полностью связано с теми молекулами, которые из-за своих временных низких скоростей (в соответствии с распределением Максвелла) слились с другими молекулами. Внутреннее давление между несколькими такими молекулами может соответствовать давлению между группой молекул в твердой форме.

Стол

использованная литература