Vökvi er ástand efnis sem einkennist af sameindum sem eru nógu nálægt hver annarri til að mynda tímabundin tengsl (viðloðun) og hreyfast hver um aðra (vökvi). Vökvar hafa ákveðið rúmmál og taka á sig lögun íláts. Þeir finnast aðallega í náttúrunni.
Við skulum skoða hvert af þessu nánar.
Í þessari færslu munum við fjalla um:
Dæmi um vökva: Meira en bara vatn
Þegar við tölum um vökva erum við að vísa til efnisástands. Ólíkt föstum efnum, sem hafa fasta lögun og rúmmál, og lofttegundum, sem þenjast út til að fylla hvaða ílát sem er, hafa vökvar fast rúmmál en taka lögun ílátsins. Sumir eiginleikar vökva eru:
- Næstum óþjappanlegir: Vökvar hafa fast rúmmál, sem þýðir að erfitt er að þjappa þeim saman. Þetta er vegna þess að sameindir í vökva eru þétt saman og hafa lítið hreyfifrelsi.
- Þéttleiki: Vökvar einkennast af þéttleika þeirra, sem er massi á rúmmálseiningu. Eðlismassi vökva hefur áhrif á hitastig og þrýsting, en fyrir ákveðna tegund efnis helst þéttleikinn stöðugur.
- Samheldni og viðloðun: Vökvar hafa eiginleika samloðun, sem þýðir að sameindirnar dragast hver að annarri. Þeir hafa einnig eiginleika viðloðun, sem þýðir að þeir dragast að yfirborði fasts efnis.
- Seigja: Vökvar hafa ákveðna viðnám gegn flæði, sem er þekkt sem seigja. Þessi eiginleiki hefur áhrif á hitastig og efnasamsetningu vökvans.
Dæmi um vökva
Þegar við hugsum um vökva er það fyrsta sem kemur upp í hugann venjulega vatn. Hins vegar eru mörg önnur dæmi um vökva, þar á meðal:
- Jurtaolía: Þetta er algeng matarolía sem er óblandanleg vatni, sem þýðir að hún blandast ekki vatni.
- Áfengi: Þetta er algengur vökvi sem er blandaður vatni, sem þýðir að hann blandast vatni.
- Kvikasilfur: Þetta er málmþáttur sem er fljótandi við stofuhita. Það einkennist af miklum þéttleika og er almennt notað í hitamælum.
- Rúbídíum: Þetta er annar málmþáttur sem er fljótandi við hækkað hitastig.
- Efni: Það eru mörg efni sem eru til í fljótandi formi, þar á meðal sum sem eru mikið í daglegu lífi okkar, svo sem bensín og hreinsiefni.
Vökvar og eiginleikar þeirra
Eiginleikar vökva geta leitt til nokkurra áhugaverðra fyrirbæra. Til dæmis:
- Vökvar geta breytt lögun: Ólíkt föstum efnum, sem hafa fasta lögun, geta vökvar tekið á sig lögun íláts þeirra. Þessi eiginleiki er vegna þess að sameindir í vökva eru tiltölulega frjálsar til að hreyfa sig.
- Vökvar fylla ílát: Þó að vökvar stækki ekki til að fylla ílát eins og lofttegundir, þá fylla þeir ílátið sem þeir eru í. Þetta er vegna þess að vökvar hafa fast rúmmál.
- Vökvar dreifast á yfirborð: Þegar vökvi er settur á yfirborð mun hann dreifast þar til hann nær jafnvægi. Þetta er vegna eiginleika samheldni og viðloðun.
Hvað gerir vökva einstaka?
Vökvar eru heillandi efnisástand sem hefur eiginleika sem aðgreina þá frá föstum efnum og lofttegundum. Hér eru nokkrir lykileiginleikar vökva:
- Rúmmál: Vökvar hafa ákveðið rúmmál, sem þýðir að þeir taka upp ákveðið pláss.
- Lögun: Vökvar taka á sig lögun íláts þeirra vegna ójafnvægis krafta milli agna þeirra.
- Samloðandi kraftar: Sameindir í vökva dragast hver að annarri, sem leiðir til yfirborðsspennu og getu til að mynda dropa.
- Seigja: Vökvar hafa mælikvarða á viðnám þeirra gegn flæði, sem getur verið mjög mismunandi eftir vökvategundum. Til dæmis hefur vatn lága seigju en hunang hefur mikla seigju.
- Yfirborðsspenna: Vökvar hafa eiginleika sem kallast yfirborðsspenna, sem er afleiðing af samloðandi krafti milli agna á yfirborði vökvans. Þessi eiginleiki er mikilvægur í mörgum ferlum, svo sem háræðaaðgerð.
- Uppgufun: Vökvar geta breyst í gasfasa með ferli sem kallast uppgufun, sem krefst orku til að rjúfa tengslin milli agna.
Munurinn á vökva og föstum efnum
Þó að vökvar og fast efni séu báðir álitnir þéttir fasar efnis, þá er greinilegur munur á þessu tvennu:
- Lögun: Föst efni hafa fasta lögun á meðan vökvar taka lögun íláts þeirra.
- Agnir: Agnirnar í föstu efni raðast í fast mynstur, en agnirnar í vökva eru frjálsar til að hreyfast hver um aðra.
- Rúmmál: Föst efni hafa fast rúmmál en vökvar hafa ákveðið rúmmál en geta breytt lögun.
- Samheldni: Samloðunarkraftar eru sterkari í föstum efnum en vökva, sem leiðir til hærri yfirborðsspennu.
Mikilvægi þess að skilja fljótandi eiginleika
Að skilja eiginleika vökva er mikilvægt á mörgum sviðum, þar á meðal:
- Efnafræði: Þekking á eiginleikum vökva er nauðsynleg til að lýsa hegðun efnasambanda og mæla eðlis- og efnafræðilegar breytingar þeirra.
- Eðlisfræði: Rannsóknin á vökva er mikilvæg til að skilja hegðun vökva, sem er lykilatriði á mörgum sviðum eðlisfræðinnar.
- Jarðvísindi: Eiginleikar vökva eru mikilvægir til að skilja hegðun vatns á jörðinni, þar á meðal hlutverk þess í hringrás vatnsins og áhrif þess á umhverfið.
Mæling á vökvaeiginleikum
Það eru margar leiðir til að mæla eiginleika vökva, þar á meðal:
- Seigja: Hægt er að mæla viðnám gegn flæði með seigjumæli.
- Yfirborðsspenna: Hægt er að mæla yfirborðsspennu vökva með því að nota spennumæli.
- Þéttleiki: Massa á rúmmálseiningu vökva er hægt að mæla með vatnsmæli.
- Suðumark: Hitastigið sem vökvi breytist í gasfasa við má mæla með hitamæli.
Framtíð vökvarannsókna
Það á enn eftir að læra mikið um vökva og rannsóknir á þessu sviði standa yfir. Sum lykiláherslusvið eru:
- Flóknir vökvar: Vökvar sem hafa flóknari uppbyggingu en einfaldir vökvar, eins og fjölliður og fljótandi kristallar.
- Háþrýstingsvökvar: Vökvar sem verða fyrir miklum þrýstingi, eins og þeir sem finnast djúpt í jörðinni.
- Heitir vökvar: Vökvar sem eru hitaðir í háan hita, eins og þeir sem notaðir eru í iðnaðarferlum.
Breytingar á ríkjum: spurning um áföngum
Bráðnun er umskipti frá fasta fasanum yfir í fljótandi fasa. Hér eru nokkur atriði sem þarf að hafa í huga:
- Þegar fast efni er hitað byrja sameindir þess að titra hraðar og hraðar.
- Á ákveðnum tímapunkti hafa sameindirnar næga orku til að losna úr föstum stöðum og byrja að hreyfast um.
- Þetta er þegar fastefnið byrjar að bráðna og verður að vökva.
Frá fljótandi í fast efni: Frysting
Frysting er andstæða þess að bráðna. Það er umskipti frá fljótandi fasa yfir í fasta fasa. Hér eru nokkur atriði sem þarf að hafa í huga:
- Þegar vökvi er kældur fara sameindir hans að hreyfast hægar og hægar.
- Á ákveðnum tímapunkti missa sameindirnar nægilega orku til að hreyfa sig og byrja að setjast að í föstum stöðum.
- Þetta er þegar vökvinn byrjar að frjósa og verður að föstu formi.
Frá vökva til gass: Uppgufun
Uppgufun er umskipti frá vökvafasa yfir í gasfasa. Hér eru nokkur atriði sem þarf að hafa í huga:
- Þegar vökvi er hitinn fara sameindir hans að hreyfast hraðar og hraðar.
- Á ákveðnum tímapunkti hafa sameindirnar næga orku til að losna frá yfirborði vökvans og verða að gasi.
- Þetta er þegar vökvinn byrjar að gufa upp og verður að gasi.
Frá gasi til vökva: Þétting
Þétting er andstæðan við uppgufun. Það er umskipti frá gasfasa yfir í fljótandi fasa. Hér eru nokkur atriði sem þarf að hafa í huga:
- Þegar gas er kælt fara sameindir þess að hreyfast hægar og hægar.
- Á ákveðnum tímapunkti missa sameindirnar nægilega orku til að haldast saman og byrja að mynda vökva.
- Þetta er þegar gasið byrjar að þéttast og verður að vökva.
Breyting á ástandi efnis er heillandi ferli sem á sér stað allt í kringum okkur. Hvort sem það er ísinn sem bráðnar í drykknum þínum eða gufan sem kemur upp úr morgunkaffinu þínu, getur skilningur á stigum efnisins hjálpað okkur að meta heiminn á alveg nýjan hátt.
Vatnið er klístrað: Samheldni og viðloðun
Samheldni og viðloðun tengjast yfirborðsspennu vökva. Yfirborðsspenna er krafturinn sem veldur því að yfirborð vökva dregst saman og myndar lögun sem lágmarkar yfirborðsflatarmálið. Samheldni er ábyrg fyrir yfirborðsspennu vatns en viðloðun gerir vatni kleift að festast við aðra fleti.
Dæmi um samheldni og viðloðun í verki
Hér eru nokkur dæmi um samheldni og viðloðun í daglegu lífi:
- Vatnsdropi á glansandi yfirborði myndar næstum kúlulaga lögun vegna samloðandi krafta milli vatnssameinda.
- Vatn í íláti getur valdið því að ílátið verður blautt vegna viðloðunarinnar.
- Háræðavirkni, sem gerir vatni kleift að fara í gegnum þröng rör, er afleiðing af bæði samloðun og viðloðun.
- Meniscus, bogadregið yfirborð vökva í íláti, stafar af jafnvægi á milli samloðandi og viðloðandi krafta.
Áhrif samheldni og viðloðun
Styrkur samloðunar- og límkrafta fer eftir tegund vökva og yfirborði sem hann er í snertingu við. Hér eru nokkur áhrif samheldni og viðloðun:
- Vatn perlur upp á vaxað yfirborð vegna þess að samloðunarkraftar milli vatnssameinda eru meiri en viðloðunarkraftar milli vatns og vaxsins.
- Málning hefur tilhneigingu til að fletjast út á gleryfirborði vegna þess að límkraftar milli málningar og glers eru meiri en samloðunarkraftar milli málningarsameindanna.
- Kvikasilfur myndar íhvolfan meniscus inni í þröngu glerröri vegna þess að límkraftar milli kvikasilfurs og glers eru meiri en samloðunarkraftar milli kvikasilfursameinda.
- Sápukúlur hafa tilhneigingu til að mynda kúlur vegna jafnvægis milli samloðandi og viðloðandi krafta.
Samheldni og viðloðun eru heillandi eiginleikar vökva sem gera þeim kleift að mynda mismunandi form og hafa samskipti við aðra hluti. Að skilja þessa eiginleika getur hjálpað okkur að spara vatn og nýta það á skilvirkari hátt í daglegu lífi okkar.
The Sticky Business of Seigjan
Seigja er hugtak sem notað er í eðlisfræði og eðlisefnafræði til að lýsa viðnám vökva gegn flæði. Það er mælikvarði á innri núning vökva og hefur áhrif á þætti eins og hitastig, þrýsting og stærð og lögun sameindanna sem mynda vökvann.
Hvernig er seigja mæld?
Seigja er venjulega mæld með því að nota tæki sem kallast seigjumælir, sem mælir tímann sem það tekur vökva að flæða í gegnum þröngt rör eða rás. Seigja vökva er gefin upp í einingum poise eða centipoise, þar sem eitt poise jafngildir einni dyne-sekúndu á hvern fersentimetra.
Hver eru nokkur vandamál tengd seigju?
Þó að seigja sé mikilvægur eiginleiki vökva getur hún einnig valdið vandamálum við ákveðnar aðstæður. Til dæmis getur mikil seigja gert það erfitt að dæla vökva í gegnum leiðslur, en lítil seigja getur leitt til leka og annarra vandamála.
Úrræði til frekari umræðu
Ef þú hefur áhuga á að læra meira um seigju og hlutverk hennar í hegðun vökva, þá eru mörg úrræði til á netinu og á prenti. Nokkrar gagnlegar upplýsingar eru:
- Kennslubækur um eðlisefnafræði og eðlisfræði þétts efnis
- Vísindatímarit eins og Physical Review Letters og Journal of Chemical Physics
- Netvettvangur og umræðuborð fyrir vísindamenn og rannsakendur
- Vefsíður og blogg tileinkuð rannsóknum á vökva og eiginleikum þeirra
Uppgufun: Vísindin á bak við umbreytingu vökva í gufu
Uppgufun er ferlið þar sem vökvi breytist í loftkennt ástand. Það gerist þegar sameindir í vökva fá næga hreyfiorku til að komast undan kraftunum sem halda þeim saman. Orkan sem þarf til þessa ferlis er kölluð varmi og hún getur verið gefin í formi sólarljóss, eldunar eða hvers kyns annars varmagjafa. Þegar vökvi er hitinn hreyfast sameindir hans hraðar og líkurnar á því að hafa næga orku til að komast út úr vökvafasanum aukast.
Hlutverk hitastigs og þrýstings
Hitastig og þrýstingur nærliggjandi svæðis gegna mikilvægu hlutverki í uppgufunarferlinu. Þegar hitastigið er hærra hafa sameindirnar í vökvanum meiri hreyfiorku og það verður auðveldara fyrir þær að komast út úr vökvafasanum. Á hinn bóginn, þegar þrýstingurinn er lægri, hafa sameindirnar meira pláss til að hreyfa sig og það verður auðveldara fyrir þær að komast út úr vökvafasanum.
Uppgufun vs uppgufun
Uppgufun er oft ruglað saman við uppgufun, en það er ekki það sama. Uppgufun er ferlið þar sem vökva er breytt í gas og það getur gerst við hvaða hitastig sem er. Uppgufun á sér hins vegar aðeins stað á yfirborði vökva og aðeins þegar vökvinn er undir suðumarki.
Uppgufun í mismunandi umhverfi
Uppgufun getur gerst í hvaða umhverfi sem er, en hún gerist hraðar í hlýrra og þurrara umhverfi. Hér eru nokkur sérstök dæmi:
- Uppgufun á sér stað hraðar í heitu og þurru loftslagi en í köldu og röku loftslagi.
- Uppgufun gerist hraðar í meiri hæð vegna þess að loftþrýstingur er lægri.
- Uppgufun á sér stað hraðar á svæðum með víðtæka dreifingu súrefnis í loftinu.
- Uppgufun á sér stað hraðar á skyggðum svæðum vegna þess að það er minna beint sólarljós til að hita vökvann.
Þétting og hringrás vatnsins
Þegar vatnsgufa í andrúmsloftinu kólnar breytist hún að lokum aftur í vökva með ferli sem kallast þétting. Þessi vökvi getur síðan fallið aftur upp á yfirborð jarðar sem úrkoma og þannig lokið hringrás vatnsins.
Vísindin á bak við óstöðugleika vökva
Rokleiki er tilhneiging efnis til að gufa upp eða gufa upp. Það er nátengt gufuþrýstingi vökva, sem er mælikvarði á tilhneigingu efnisins til að komast út í gasfasann. Rokleiki vökva fer eftir fjölda þátta, þar á meðal stærð og lögun einstakra sameinda hans, styrk tengsla milli aðliggjandi atóma eða agna og orku sem þarf til að rjúfa þessi tengsl og leyfa efninu að umbreytast úr vökva. að gasi.
Mikilvægi gufuþrýstings
Gufuþrýstingur er mælikvarði á hlutfallslegt rokgjarnleika vökva. Það er þrýstingurinn sem gufa efnis í lokuðu íláti beitir við tiltekið hitastig. Því hærri sem gufuþrýstingurinn er, því rokgjarnari er vökvinn. Þessi eiginleiki er mikilvægur við að ákvarða suðumark vökva, sem og tilhneigingu hans til að gufa upp.
Eldfimi og rokgjarnleiki
Eldfimi efnis er nátengt rokgjarnleika þess. Rokgjarnir vökvar sem hafa lágan blossamark, sem er það hitastig sem vökvi gefur frá sér nægilega gufu til að mynda eldfima blöndu með lofti, eru taldir mjög eldfimir. Þess vegna er mikilvægt að meðhöndla rokgjarna vökva með varúð og í samræmi við öryggisreglur.
Iðnaðarnotkun rokgjarnra vökva
Rokgjarnir vökvar eru almennt notaðir í iðnaðarferlum, svo sem:
- Leysiefni: notað til að leysa upp önnur efni við framleiðslu á ýmsum vörum.
- Eldsneyti: notað sem orkugjafi í vélar og aðrar vélar.
- Hreinsiefni: notað til að þrífa og sótthreinsa yfirborð í ýmsum iðnaði.
Niðurstaðan er sú að rokgjarnleiki vökva er flókið ferli sem fer eftir fjölda þátta, þar á meðal eiginleikum einstakra sameinda, hitastigi og nærveru annarra efna. Skilningur á vísindum á bak við sveiflur er mikilvægur í fjölda atvinnugreina, allt frá framleiðslu til orkuframleiðslu.
Niðurstaða
Svo, það er það sem vökvi er. Vökvi er efnisástand ólíkt föstum efnum, sem einkennist af föstu rúmmáli og vökvaformi og inniheldur næstum allt sem við sjáum í kringum okkur á hverjum degi.
Þú getur í raun ekki skilið vökva án þess að skilja eiginleika samloðun og viðloðun, og þú getur í raun ekki skilið þá án þess að skilja sameindir og frumeindir. Svo ég vona að þessi handbók hafi gefið þér betri skilning á því hvað vökvar eru.
Ég er Joost Nusselder, stofnandi Tools Doctor, efnismarkaður og pabbi. Ég elska að prófa nýjan búnað og ásamt teyminu mínu hef ég verið að búa til ítarlegar blogggreinar síðan 2016 til að hjálpa dyggum lesendum með verkfærum og ráðleggingum um föndur.
