Chất lỏng là gì lớp 6

Câu hỏi: Chất lỏng là gì?

Trả lời

Chất lỏnglà mộttrạng thái vật chấtkhá phổ biến. Chất lỏng là mộtchất lưugần như không nén được mà các phân tử cấu tạo nên nó có liên kết không chặt so vớiliên kết rắnvà có hình dạng phụ thuộc vào vật chứa nó.Chất lỏng là một trong bốn trạng thái cơ bản của vật chất [gồmchất rắn, chất lỏng,chất khívàplasma]. Không giống chất khí, chất lỏng không phân tán đều trong vật chứa mà duy trìmật độtương đối ổn định. Một tính chất đặc biệt của chất lỏng làsức căng bề mặt, gây ra sự ướt.

Mời bạn đọc cùng với Top lời giải tìm hiểu thêm về chất lỏng qua bài viết dưới đây.

I. Đặc điểm chính của trạng thái lỏng

1- Khả năng nén

Không gian hạn chế giữa các hạt của nó làm cho chất lỏng trở thành một chất gần như không thể nén được. Đó là, nhấn để ép một lượng chất lỏng nhất định trong một không gian rất nhỏ cho thể tích của nó là rất khó.

Nhiều bộ giảm xóc cho xe hơi hoặc xe tải lớn sử dụng chất lỏng điều áp, chẳng hạn như dầu, trong ống kín. Điều này giúp hấp thụ và chống lại sự nhộn nhịp liên tục được tạo ra bởi đường đua trên các bánh xe, tìm kiếm sự chuyển động ít nhất đến cấu trúc của chiếc xe.

2- Thay đổi trạng thái

Tiếp xúc với chất lỏng ở nhiệt độ cao sẽ làm bay hơi nó. Điểm tới hạn này được gọi là điểm sôi và khác nhau tùy thuộc vào chất. Nhiệt làm tăng sự phân tách giữa các phân tử của chất lỏng cho đến khi chúng được tách ra đủ để phân tán thành chất khí.

Ví dụ: nước bay hơi ở 100 ° C, sữa ở 100,17 ° C, rượu ở 78 ° C và thủy ngân ở 357 ° C.

Trong trường hợp ngược lại, tiếp xúc với chất lỏng ở nhiệt độ rất thấp sẽ hóa rắn. Đây được gọi là điểm đóng băng và cũng sẽ phụ thuộc vào mật độ của từng chất. Cái lạnh làm chậm sự chuyển động của các nguyên tử bằng cách tăng sức hút liên phân tử của chúng đủ để làm cứng lại trạng thái rắn.

Ví dụ: nước đóng băng ở 0 ° C, sữa trong khoảng -0,513 ° C đến -0,565 ° C, rượu ở -114 ° C và thủy ngân ở -39 ° C.

Cần lưu ý rằng việc hạ thấp nhiệt độ của khí cho đến khi nó được chuyển thành chất lỏng được gọi là ngưng tụ, và làm nóng một chất rắn đủ có thể làm tan chảy hoặc tan chảy thành trạng thái lỏng. Quá trình này được gọi là hợp hạch. Chu trình nước giải thích hoàn hảo tất cả các quá trình thay đổi trạng thái này.

3- Sự gắn kết

Đó là xu hướng của các loại hạt giống nhau để thu hút lẫn nhau. Sự hấp dẫn liên phân tử này trong chất lỏng cho phép chúng di chuyển và chảy, giữ lại với nhau cho đến khi chúng tìm ra cách tối đa hóa lực hút này.

Sự gắn kết theo nghĩa đen có nghĩa là "hành động gắn bó với nhau". Dưới bề mặt của chất lỏng, lực kết dính giữa các phân tử là như nhau theo mọi hướng. Tuy nhiên, trên bề mặt các phân tử chỉ có lực hút này về phía hai bên và đặc biệt là về phía bên trong cơ thể của chất lỏng.

Đặc tính này chịu trách nhiệm cho chất lỏng hình thành các khối cầu, là dạng có diện tích bề mặt ít hơn để tối đa hóa sức hút liên phân tử.

Trong điều kiện không trọng lực, chất lỏng sẽ vẫn trôi nổi trong một quả cầu, nhưng khi quả cầu bị hấp dẫn bởi trọng lực, chúng tạo ra hình dạng thả đã biết trong một nỗ lực để bị mắc kẹt.

Hiệu quả của tài sản này có thể được đánh giá cao với những giọt trên bề mặt phẳng; các hạt của nó không bị phân tán bởi lực kết dính. Ngoài ra trong các vòi kín có nhỏ giọt chậm; lực hút liên phân tử giữ chúng lại với nhau cho đến khi chúng trở nên rất nặng, nghĩa là khi trọng lượng vượt quá lực kết dính của chất lỏng, nó chỉ đơn giản rơi xuống.

4- Sức căng bề mặt

Sức mạnh của sự gắn kết trên bề mặt chịu trách nhiệm tạo ra một lớp các hạt mỏng thu hút lẫn nhau hơn nhiều so với các hạt khác nhau xung quanh chúng, chẳng hạn như không khí.

Các phân tử của chất lỏng sẽ luôn tìm cách giảm thiểu diện tích bề mặt bằng cách thu hút vào bên trong, tạo cảm giác có một làn da bảo vệ.

Trong khi điểm thu hút này không bị xáo trộn, bề mặt có thể cực kỳ mạnh mẽ. Sức căng bề mặt này cho phép, trong trường hợp nước, một số côn trùng nhất định trượt và ở trên chất lỏng mà không bị chìm.

Có thể giữ các vật rắn phẳng trên chất lỏng nếu bạn muốn làm xáo trộn sự thu hút của các phân tử bề mặt càng ít càng tốt. Nó đạt được bằng cách phân phối trọng lượng trên chiều dài và chiều rộng của vật thể để không vượt quá lực kết dính.

Sức mạnh của sự gắn kết và sức căng bề mặt là khác nhau tùy thuộc vào loại chất lỏng và mật độ của nó.

5- Độ bám dính

Đó là lực hút giữa các loại hạt khác nhau; như tên gọi của nó, nó có nghĩa đen là "hành động tuân thủ". Trong trường hợp này, các thùng chứa chất lỏng và trong các khu vực mà chúng chảy qua thường có mặt trên các bức tường của các thùng chứa..

Khách sạn này chịu trách nhiệm cho chất lỏng ướt chất rắn. Xảy ra khi lực bám dính giữa các phân tử của chất lỏng và chất rắn lớn hơn lực kết dính giữa các phân tử của chất lỏng nguyên chất.

6- Capillarity

Lực bám dính chịu trách nhiệm cho chất lỏng tăng hoặc giảm dần bằng cách tương tác vật lý với chất rắn. Hành động mao dẫn này có thể được chứng minh trong các bức tường rắn của các thùng chứa, vì chất lỏng có xu hướng tạo thành một đường cong gọi là meniscus.

Lực bám dính lớn hơn và lực kết dính ít hơn, sụn khớp bị lõm và mặt khác, sụn khớp lồi. Nước sẽ luôn cong lên phía trên nơi nó tiếp xúc với tường và thủy ngân sẽ cong xuống; hành vi gần như là duy nhất trong tài liệu này.

Đặc tính này giải thích tại sao nhiều chất lỏng tăng lên khi chúng tương tác với các vật thể rỗng rất hẹp như thuốc lá hoặc ống. Đường kính của xi lanh càng hẹp, cường độ bám dính vào thành của nó sẽ khiến chất lỏng đi vào gần như ngay lập tức bên trong thùng chứa, thậm chí chống lại lực hấp dẫn.

7- Độ nhớt

Đó là nội lực hoặc khả năng chống biến dạng cung cấp một chất lỏng khi nó chảy tự do. Nó phụ thuộc chủ yếu vào khối lượng của các phân tử bên trong và kết nối liên phân tử thu hút chúng. Chất lỏng chảy chậm hơn được cho là nhớt hơn chất lỏng chảy dễ dàng và nhanh hơn.

Ví dụ: dầu động cơ có độ nhớt cao hơn xăng, mật ong có độ nhớt cao hơn nước và xi-rô cây thích nhớt hơn dầu thực vật.

Để một chất lỏng chảy, nó cần áp dụng một lực; ví dụ trọng lực. Nhưng độ nhớt của các chất có thể giảm bằng cách sử dụng nhiệt cho chúng. Nhiệt độ tăng làm cho các hạt di chuyển nhanh hơn cho phép chất lỏng chảy dễ dàng hơn.

II. Ứng dụng của chất lỏng

Chất lỏng có nhiều ứng dụng như bôi trơn,dung môi, và chất làm lạnh. Trong hệ thống thủy lực, chất lỏng được dùng để truyền năng lượng.

Trong lĩnh vựcnghiên cứuchuyển động giữa các bề mặt, các chất lỏng được nghiên cứu các tính chất của chúng dùng làm các chất bôi trơn. Cácchất bôi trơnnhư dầu được chọn vì các đặc điểm về độ nhớt và dòng chảy của nó ổn định trong một khoảngnhiệt độlàm việc của các bộ phận. Các loại dầu thường được dùng trong các động cơ, hộp số, gia công các chi tiết máy, và hệ thống thủy lực vì tính bôi trơn tốt của chúng.

Nhiều chất lỏng được dùng làmdung môiđể hòa tan các chất lỏng khác hoặc chấtrắnCácdung dịchcó nhiều ứng dụng như sơn, keo dán. Naptha và acetone thường được dùng trong công nghiệp để làm sạch dầu, mỡ từ các bộ phậnmáy mócDịch cơ thể là những dung dịch gốc nước.

Các chất hoạt động bề mặt thường được tìm thấy trongxà phòngvà chất tẩy rửa. Các dung môi như alcohol thường được dùng làmchất kháng sinh. Chúng có trong mỹ phẩm, mực, vàlasernhuộm lỏng. Chúng được dùng trong công nghiệpthực phẩmnhư chiết xuất dầuthực vật.

Chất lỏng dẫn nhiệt tốt hơn chất khí, và có khả năng tạo thành dòng chảy để giải nhiệt từ các bộ phận cơ khí. Nhiệt có thể được loại bỏ bằng kênh chất lỏng đi qua bộ giải nhiệt hoặc nhiệt có thể được loại bỏ bằng chất lỏng qua quá trình bốc hơi.

Các chất làm mát như nước hoặc glycol được dùng để giữ cho động cơ không quá nóng. Cácchất làm mátđược dùng trong các lòphản ứng hạt nhângồm nước và cáckim loạilỏng nhưnatrihoặc bismuthnhiên liệuđẩy lỏng được dùng để làm mát các buồng đốt đẩy củatên lửa.

Chất lỏng là một chất lưu gần như không nén mà thay đổi hình dạng cho phù hợp với hình dạng của vật chứa nó nhưng vẫn giữ một khối lượng gần như liên tục không phụ thuộc vào áp suất. Nó là một trong bốn trạng thái cơ bản của vật chất [các trạng thái khác là chất rắn, chất khí và plasma], và là trạng thái duy nhất có thể tích xác định nhưng không có hình dạng cố định. Chất lỏng được tạo thành từ các hạt vật chất dao động cực nhỏ, chẳng hạn như nguyên tử, được giữ với nhau bằng liên kết giữa các phân tử. Giống như chất khí, chất lỏng có thể chảy và có hình dạng của vật chứa nó. Hầu hết các chất lỏng chống lại sự nén, mặc dù những chất khác có thể bị nén. Không giống như chất khí, chất lỏng không phân tán để lấp đầy mọi không gian của vật chứa, và duy trì một mật độ khá ổn định. Một tính chất đặc biệt của trạng thái lỏng là sức căng bề mặt, dẫn đến hiện tượng thấm ướt. Nước cho đến nay là chất lỏng phổ biến nhất trên Trái Đất.

Hình vẽ minh hoạ các trạng thái của các phân tử trong các pha rắn, lỏng và khí.

Sơ đồ pha đặc trưng. Đường chấm thể hiện ứng xử không theo quy luật của nước. Các đường màu lục thể hiện quan hệ giữa điểm đông và áp suất, và màu xanh thể hiện quan hệ giữa điểm sôi và áp suất. Đường đỏ biểu diễn ranh giới mà tại đó xảy ra sự thăng hoa hoặc lắng đọng.

Sự hình thành một giọt nước lỏng hình cầu làm giảm thiểu diện tích bề mặt, đây là kết quả tự nhiên của sức căng bề mặt trong chất lỏng.

Mật độ của một chất lỏng thường là gần với mật độ của một chất rắn, và cao hơn nhiều so với chất khí. Do đó, chất lỏng và chất rắn đều được gọi là vật chất ngưng tụ. Mặt khác, vì chất lỏng và chất khí có chung khả năng chảy nên cả hai đều được gọi là chất lưu. Mặc dù nước lỏng có nhiều trên Trái Đất, trạng thái vật chất này thực sự ít phổ biến nhất trong vũ trụ đã biết, vì chất lỏng yêu cầu một phạm vi nhiệt độ/áp suất tương đối hẹp để tồn tại. Hầu hết các vật chất đã biết trong vũ trụ đều ở thể khí [với dấu vết của vật chất rắn có thể phát hiện được] như các đám mây giữa các vì sao hoặc ở dạng plasma từ bên trong các ngôi sao.

 

Hình ảnh nhiệt của một bồn chứa đầy nước nóng với nước lạnh được thêm vào, cho thấy nước nóng và nước lạnh chảy vào nhau như thế nào.

Chất lỏng là một trong bốn trạng thái cơ bản của vật chất, với các trạng thái khác là chất rắn, chất khí và plasma. Một chất lỏng là một chất lưu. Không giống như chất rắn, các phân tử trong chất lỏng có độ tự do chuyển động lớn hơn nhiều. Lực liên kết các phân tử với nhau trong chất rắn chỉ là tạm thời trong chất lỏng, cho phép chất lỏng chảy trong khi chất rắn vẫn cứng.

Chất lỏng, giống như chất khí, hiển thị các đặc tính của chất lưu. Chất lỏng có thể chảy, giả sử có hình dạng của một thùng chứa, và nếu được đặt trong một thùng kín, sẽ phân phối áp suất tác dụng đồng đều lên mọi bề mặt trong thùng chứa. Nếu chất lỏng được đặt trong túi, nó có thể được ép thành bất kỳ hình dạng nào. Không giống như chất khí, chất lỏng gần như không thể nén được, có nghĩa là nó chiếm một thể tích gần như không đổi trong một phạm vi áp suất rộng; nó thường không giãn nở để lấp đầy không gian có sẵn trong thùng chứa mà tạo thành bề mặt riêng của nó và không phải lúc nào nó cũng có thể dễ dàng trộn lẫn với chất lỏng khác. Những đặc tính này làm cho một chất lỏng thích hợp cho các ứng dụng như thủy lực.

Các hạt chất lỏng được liên kết chắc chắn nhưng không cứng nhắc. Chúng có thể tự do di chuyển xung quanh nhau, dẫn đến mức độ linh động của các hạt bị hạn chế. Khi nhiệt độ tăng, dao động của các phân tử tăng lên làm cho khoảng cách giữa các phân tử tăng lên. Khi chất lỏng đạt đến điểm sôi, các lực kết dính liên kết các phân tử chặt chẽ với nhau sẽ phá vỡ và chất lỏng chuyển sang trạng thái khí [trừ khi xảy ra quá nhiệt]. Nếu giảm nhiệt độ, khoảng cách giữa các phân tử trở nên nhỏ hơn. Khi chất lỏng đạt đến điểm đóng băng, các phân tử thường sẽ khóa lại thành một trật tự rất cụ thể, được gọi là kết tinh, và các liên kết giữa chúng trở nên cứng hơn, chuyển chất lỏng thành trạng thái rắn [trừ khi xảy ra hiện tượng siêu lạnh].

Chỉ có hai nguyên tố là chất lỏng ở điều kiện tiêu chuẩn về nhiệt độ và áp suất: thủy ngân và brom. Bốn nguyên tố khác có nhiệt độ nóng chảy cao hơn một chút so với nhiệt độ phòng: franci, xêzi, gali và rubidi.[1] Hợp kim kim loại ở thể lỏng ở nhiệt độ phòng bao gồm NaK, hợp kim kim loại natri-kali, galinstan, chất lỏng hợp kim dễ chảy và một số hỗn hống [hợp kim liên quan đến thủy ngân].

Các chất tinh khiết là chất lỏng ở điều kiện bình thường bao gồm nước, etanol và nhiều dung môi hữu cơ khác. Nước ở trạng thái lỏng có tầm quan trọng sống còn trong hóa học và sinh học; nó được cho là một điều cần thiết cho sự tồn tại của sự sống.

Chất lỏng vô cơ bao gồm nước, magma, dung môi không nước vô cơ và nhiều axit.

Chất lỏng quan trọng hàng ngày bao gồm dung dich nước như chất tẩy hộ gia đình, hỗn hợp của các chất khác nhau như dầu khoáng và xăng, nhũ tương dấm hoặc mayonnaise, huyền phù như máu, và chất keo như sơn và sữa.

Nhiều loại khí có thể được hóa lỏng bằng cách làm lạnh, tạo ra chất lỏng như oxy lỏng, nitơ lỏng, hydro lỏng và heli lỏng. Tuy nhiên, không phải tất cả các loại khí đều có thể bị hóa lỏng ở áp suất khí quyển. Ví dụ, carbon dioxide chỉ có thể được hóa lỏng ở áp suất trên 5,1 atm.[2]

Một số vật liệu không thể được phân loại trong ba trạng thái cổ điển của vật chất; chúng có đặc tính giống chất rắn và giống chất lỏng. Ví dụ bao gồm các tinh thể lỏng, được sử dụng trong màn hình LCD và màng sinh học.

Hình dạng của chất lỏng được xác định bởi vật chứa nó nên có thể nói các hạt chất lỏng [thường là các phân tử] có thể chuyển động tự do trong khối chất lỏng, nhưng chúng tạo thành một bề mặt rõ ràng không nhất thiết phải giống với bình chứa. Không giống với chất khí, hình dạng của nó không khớp hoàn toàn với bình chứa.[cần dẫn nguồn]

Ở nhiệt độ bên dưới điểm sôi, chất lỏng sẽ bốc hơi, trừ khi bình được đậy kín, cho đến khi nồng độ hơi của nó đạt đến trạng thái áp suất riêng phần cân bằng ở thể khí. Do đó, không có chất lỏng nào tồn tại trong môi trường chân không tuyệt đối. Bề mặt chất lỏng ứng xử như một màng đàn hồi do xuất hiện sức căng bề mặt cho phép tạo thành các giọt và bong bóng. Hiện tượng mao dẫn là một trường hợp của sức căng bề mặt. Chỉ có chất lỏng mới thể hiện tính không trộn lẫn và tính dính ướt. Hỗn hợp của hai chất lỏng không trộn lẫn được thường gặp nhất trong đời sống hàng ngày là dầu thực vật và nước. Hỗn hợp tương tự khác của các chất lỏng có thể trộn lẫn là nước và rượu. Các chất lỏng ở tại điểm sôi tương ứng sẽ chuyển thành khí [trừ khi đun quá sôi], và tại điểm đông nó chuyển thành chất rắn [trừ khi quá lạnh]. Thậm chí bên dưới điểm sôi chất lỏng bốc hơi trên bề mặt của nó. Các vật thể khi nhúng trong chất lỏng sẽ có hiện tượng đẩy nổi, là hiện tượng cũng được quan sát trong các chất lưu khác, nhưng là một trường hợp rất đặc biệt trong chất lỏng vì chúng có tỷ trọng cao. Các thành phần của chất lỏng trong hợp chất có thể tách riêng biệt bởi quá trình chưng cất phân đoạn.

Thể tích của một lượng chất lỏng được xác định bởi nhiệt độ và áp suất của nó. Trừ khi thể tích này khích hoàn toàn với thể tích của bình chứa, thì cần xem xét đến một hoặc nhiều bề mặt của nó. Các chất lỏng trong trường trọng lực, cũng giống như tất cả các chất lỏng khác, đều tác động áp suất lên các mặt của bình chứa cũng như những vật bên trong chúng. Áp suất này được truyền đi theo tất cả các hướng và tăng dần khi càng xuống sâu. Trong các nghiên cứu về động lực học chất lưu, các chất lỏng thường được sử dụng như là chất không nén được, đặc biệt khi nghiên cứu dòng không nén được.

Nếu chất lỏng chỉ chịu tác dụng của trọng lực, thì áp suất   p {\displaystyle \ p}   tại một điểm xác định bởi

  p = ρ g z {\displaystyle \ p=\rho gz}  

với:

  ρ {\displaystyle \ \rho }   = mật độ của chất lỏng [được xem là hằng số]   g {\displaystyle \ g}   = gia tốc trọng trường   z {\displaystyle \ z}   = độ sâu của điểm đang xét tính từ mặt thoáng.

Công thức trên dùng để tính áp suất tai một điểm bất kỳ với áp suất tại mặt thoáng là 0, và không tính đến ảnh hưởng của sức căng bề mặt. Các chất lỏng thường giãn nở khi bị nung nóng, và co lại khi bị lạnh. Nước ở nhiệt độ trong khoảng 0 °C và 4 °C là một trường hợp ngoại lệ; đó là lý do tại sao các tảng băng lại nổi. Các chất lỏng có độ nén rất ít: ví dụ, tỷ trọng của nước không thay đổi một cách rõ ràng trừ khi tác dụng áp suất lên đến hàng trăm bar, vào khoảng 4000 bar [58,000 psi], nước chỉ giảm 11% khối lượng.

Các chất lỏng thường gặp khác như dầu khoáng và dầu hỏa, và ở dạng hỗn hợp như sữa, máu, và các dung dịch gốc nước khác như thuốc tẩy. Chỉ có sáu nguyên tố ở dạng lỏng trong điều kiện nhiệt độ và áp suất trong phòng như: thủy ngân [chất lỏng đặc], brom, franci, xêzi, gali và rubidi.[3] Trong nghiên cứu về định cư trên các hành tinh, nước lỏng được xem là cần thiết cho sự tồn tại của sự sống.

Lượng chất lỏng thường được tính bằng đơn vị thể tích theo đơn vị SI là mét khối [m³], và đơn vị thường được sử dụng là đề-xi-mét khối [dm3], còn gọi là lít [1l=1dm3=0.001m3], và xăng-ti-mét khối [cm3], còn gọi là mi-li-lít [1ml=1 cm3=0.001l=10−6m3].

Thể tích của một lượng chất lỏng được cố định bởi nhiệt độ và áp suất của nó. Chất lỏng thường nở ra khi nóng lên và co lại khi nguội. Nước giữa 0 °C và 4 °C là một ngoại lệ đáng chú ý.[2]

Mặt khác, chất lỏng có khả năng nén rất nhỏ. Ví dụ, nước sẽ chỉ nén 46,4 phần triệu cho mỗi đơn vị tăng áp suất khí quyển [bar].[4] Ở áp suất khoảng 4000 bar [400 megapascal hoặc 58.000 psi] ở nhiệt độ phòng, nước chỉ giảm 11% về thể tích.[5] Tính năng không chịu nén làm cho chất lỏng thích hợp để truyền công suất thủy lực, bởi vì sự thay đổi áp suất tại một điểm trong chất lỏng được truyền đến mọi phần khác của chất lỏng một cách không ảnh hưởng và rất ít năng lượng bị mất dưới dạng nén.[6]

Tuy nhiên, khả năng nén không đáng kể dẫn đến các hiện tượng khác. Tiếng đập của các đường ống, được gọi là búa nước, xảy ra khi một van đóng đột ngột, tạo ra một áp suất cực lớn tại van truyền ngược lại trong hệ thống với vận tốc âm thanh. Một hiện tượng khác gây ra bởi sự không nén được của chất lỏng là sự xâm thực. Bởi vì chất lỏng có độ đàn hồi nhỏ nên theo nghĩa đen, chúng có thể bị kéo ra xa ở những khu vực có độ nhiễu loạn cao hoặc thay đổi hướng đột ngột, chẳng hạn như mép sau của chân vịt thuyền hoặc một góc nhọn trong đường ống. Chất lỏng trong vùng có áp suất thấp [chân không] bốc hơi và tạo thành bong bóng, sau đó sẽ xẹp xuống khi chúng đi vào vùng có áp suất cao. Điều này khiến chất lỏng lấp đầy các hốc do bong bóng để lại với lực cục bộ cực lớn, làm xói mòn bất kỳ bề mặt rắn nào liền kề.[7]

Áp suất và sức nổi

Trong trường hấp dẫn, chất lỏng tạo áp suất lên các mặt của vật chứa cũng như lên bất cứ vật gì bên trong chất lỏng. Áp suất này được truyền theo mọi hướng và tăng theo độ sâu. Nếu chất lỏng nằm yên trong một trọng trường đều, áp suất p {\displaystyle p}   ở độ sâu z {\displaystyle z}   được đưa ra bởi [8]

p = p 0 + ρ g z {\displaystyle p=p_{0}+\rho gz\,}  

trong đó

p 0 {\displaystyle p_{0}\,}   là áp suất ở bề mặt ρ {\displaystyle \rho \,}   là khối lượng riêng của chất lỏng, giả định là đồng nhất với độ sâu g {\displaystyle g\,}   là gia tốc trọng trường

Đối với một vùng nước mở ra không khí, p 0 {\displaystyle p_{0}}   sẽ là áp suất khí quyển.

Chất lỏng tĩnh trong trường hấp dẫn đều cũng biểu hiện hiện tượng nổi, khi các vật thể chìm trong chất lỏng chịu một lực thuần do sự thay đổi áp suất theo độ sâu. Độ lớn của lực bằng trọng lượng của chất lỏng bị dịch chuyển bởi vật và hướng của lực phụ thuộc vào khối lượng riêng trung bình của vật ngâm. Nếu khối lượng riêng nhỏ hơn khối lượng riêng của chất lỏng thì lực nổi hướng lên và vật nổi, ngược lại nếu khối lượng riêng lớn hơn thì lực nổi hướng xuống và vật chìm. Đây được gọi là nguyên tắc Archimedes.[9]

Bề mặt

 

Sóng bề mặt trong nước

Trừ khi thể tích của chất lỏng khớp chính xác với thể tích của vật chứa nó, nếu không sẽ quan sát thấy một hoặc nhiều bề mặt. Sự hiện diện của một bề mặt tạo ra những hiện tượng mới không có trong chất lỏng khối lượng lớn. Điều này là do một phân tử ở bề mặt chỉ sở hữu liên kết với các phân tử chất lỏng khác ở phía bên trong của bề mặt, điều này ngụ ý một lực ròng kéo các phân tử bề mặt vào trong. Một cách tương đương, lực này có thể được mô tả dưới dạng năng lượng: có một lượng năng lượng cố định liên quan đến việc tạo thành một bề mặt của một khu vực nhất định. Đại lượng này là một thuộc tính vật chất được gọi là sức căng bề mặt, tính bằng đơn vị năng lượng trên một đơn vị diện tích [đơn vị SI: J / m 2]. Chất lỏng có lực liên phân tử mạnh có xu hướng có sức căng bề mặt lớn hơn.[2]

Một hàm ý thực tế của sức căng bề mặt là chất lỏng có xu hướng giảm thiểu diện tích bề mặt của chúng, tạo thành các giọt và bong bóng hình cầu trừ khi có các ràng buộc khác. Sức căng bề mặt cũng là nguyên nhân của một loạt các hiện tượng khác, bao gồm sóng bề mặt, hoạt động của mao dẫn, thấm ướt và gợn sóng. Trong chất lỏng bị giam giữ ở kích thước nano, các hiệu ứng bề mặt có thể đóng vai trò chi phối vì - so với một mẫu chất lỏng vĩ mô - một phần lớn hơn nhiều phân tử nằm gần bề mặt.

Sức căng bề mặt của chất lỏng ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng thấm ướt của nó. Hầu hết các chất lỏng thông thường có lực căng nằm trong khoảng hàng chục mJ / m 2, vì vậy các giọt dầu, nước hoặc keo có thể dễ dàng kết hợp và dính vào các bề mặt khác, trong khi các kim loại lỏng như thủy ngân có thể có lực căng lên tới hàng trăm mJ / m 2, do đó các giọt không dễ dàng kết hợp với nhau và bề mặt có thể chỉ ướt trong các điều kiện cụ thể.

Căng thẳng bề mặt của các chất lỏng thông thường chiếm một phạm vi giá trị tương đối hẹp, tương phản mạnh với sự thay đổi rất lớn được thấy trong các đặc tính cơ học khác, chẳng hạn như độ nhớt.[10]

Dẫn lưu

 

Mô phỏng độ nhớt. Chất lỏng bên trái có độ nhớt và ứng xử Newton thấp hơn trong khi chất lỏng bên phải có độ nhớt cao hơn và đặc tính phi Newton.

Một tính chất vật lý quan trọng đặc trưng cho dòng chảy của chất lỏng là độ nhớt. Một cách trực quan, độ nhớt mô tả khả năng chống dòng chảy của chất lỏng.

Về mặt kỹ thuật hơn, độ nhớt đo lường khả năng chống biến dạng của chất lỏng ở một tốc độ nhất định, chẳng hạn như khi nó bị cắt ở vận tốc hữu hạn.[11] Một ví dụ cụ thể là chất lỏng chảy qua một đường ống: trong trường hợp này chất lỏng trải qua biến dạng cắt vì nó chảy chậm hơn gần thành ống hơn là gần tâm. Kết quả là, nó thể hiện khả năng chống chảy của nhớt. Để duy trì dòng chảy, phải tác dụng một lực bên ngoài, chẳng hạn như sự chênh lệch áp suất giữa các đầu ống.

Độ nhớt của chất lỏng giảm khi nhiệt độ tăng.[12][13]

Kiểm soát chính xác độ nhớt rất quan trọng trong nhiều ứng dụng, đặc biệt là ngành bôi trơn. Một cách để đạt được sự kiểm soát như vậy là pha trộn hai hoặc nhiều chất lỏng có độ nhớt khác nhau theo tỷ lệ chính xác.[14] Ngoài ra, tồn tại các chất phụ gia khác nhau có thể điều chỉnh sự phụ thuộc vào nhiệt độ của độ nhớt của dầu bôi trơn. Khả năng này rất quan trọng vì máy móc thường hoạt động trong một phạm vi nhiệt độ [xem thêm chỉ số độ nhớt].[15]

Tính chất nhớt của chất lỏng có thể là Newton hoặc không Newton. Chất lỏng Newton thể hiện một đường cong ứng suất / biến dạng tuyến tính, có nghĩa là độ nhớt của nó không phụ thuộc vào thời gian, tốc độ cắt hoặc lịch sử tốc độ cắt. Ví dụ về chất lỏng Newton bao gồm nước, glycerin, dầu máy, mật ong hoặc thủy ngân. Chất lỏng phi Newton là chất lỏng có độ nhớt không phụ thuộc vào các yếu tố này và đặc [tăng độ nhớt] hoặc loãng [giảm độ nhớt] khi bị cắt. Ví dụ về chất lỏng không phải của Newton bao gồm tương cà, sốt mayonnaise, gel ủ tóc, bột nặn hoặc dung dịch tinh bột.[16]

Độ co giãn khi bị hạn chế

Chất lỏng hạn chế có thể biểu hiện các tính chất cơ học khác so với chất lỏng dạng khối. Ví dụ, chất lỏng bị giam dưới milimét [ví dụ như trong khoảng cách giữa các bức tường cứng] thể hiện phản ứng cơ học giống như chất rắn và có mô đun cắt đàn hồi tần số thấp lớn đáng ngạc nhiên, quy mô theo lũy thừa nghịch đảo của chiều dài giam.[17]

Truyền âm thanh

Tốc độ của âm thanh trong chất lỏng được cho bởi c = K / ρ {\displaystyle c={\sqrt {K/\rho }}}   với K {\displaystyle K}   là mô đun khối của chất lỏng và ρ {\displaystyle \rho }   là tỉ trọng. Ví dụ, nước có môđun khối khoảng 2,2 GPa và mật độ 1000 kg/m 3, cho c = 1,5 km / s.[18]

 

Đèn dung nham chứa hai chất lỏng không thể trộn lẫn [một chất lỏng nóng chảy và một dung dịch nước] tạo thêm chuyển động do đối lưu. Ngoài bề mặt trên cùng, các bề mặt cũng hình thành giữa các chất lỏng, đòi hỏi một bộ ngắt lực căng để kết hợp lại các giọt sáp ở phía dưới.

Chất lỏng có nhiều ứng dụng như bôi trơn, dung môi, và chất làm lạnh. Trong hệ thống thủy lực, chất lỏng được dùng để truyền năng lượng.

Trong lĩnh vực nghiên cứu chuyển động giữa các bề mặt, các chất lỏng được nghiên cứu các tính chất của chúng dùng làm các chất bôi trơn. Các chất bôi trơn như dầu được chọn vì các đặc điểm về độ nhớt và dòng chảy của nó ổn định trong một khoảng nhiệt độ làm việc của các bộ phận. Các loại dầu thường được dùng trong các động cơ, hộp số, gia công các chi tiết máy, và hệ thống thủy lực vì tính bôi trơn tốt của chúng.[19]

Nhiều chất lỏng được dùng làm dung môi để hòa tan các chất lỏng khác hoặc chất rắn. Các dung dịch có nhiều ứng dụng như sơn, keo dán. Naptha và acetone thường được dùng trong công nghiệp để làm sạch dầu, mỡ, và tar từ các bộ phận máy móc. Dịch cơ thể là những dung dịch gốc nước.

Các chất hoạt động bề mặt thường được tìm thấy trong xà phồng và chất tẩy rửa. Các dung môi như alcohol thường được dùng làm chất kháng sinh. Chúng có trong mỹ phẩm, mực, và laser nhuộm lỏng. Chúng được dùng trong công nghiệp thực phẩm như chiết xuất dầu thực vật.[20]

Chất lỏng dẫn nhiệt tốt hơn chất khí, và có khả năng tạo thành dòng chảy để giải nhiệt từ các bộ phận cơ khí. Nhiệt có thể được loại bỏ bằng kênh chất lỏng đi qua bộ giải nhiệt hoặc nhiệt có thể được loại bỏ bằng chất lỏng qua quá trình bốc hơi.[21] Các chất làm mát như nước hoặc glycol được dùng để giữ cho động cơ không quá nóng.[22] Các chất làm mát được dùng trong các lò phản ứng hạt nhân gồm nước và các kim loại lỏng như natri hoặc bismuth.[23] Nhiên liệu đẩy lỏng được dùng để làm mát các buồng đốt đẩy của tên lửa.[24] Trong quá trình gia công, nước và dầu được sử dụng để loại bỏ nhiệt dư sinh ra, có thể nhanh chóng làm hỏng cả chi tiết gia công và dụng cụ. Trong mồ hôi, đổ mồ hôi loại bỏ nhiệt từ cơ thể con người bằng cách làm bay hơi. Trong ngành công nghiệp sưởi ấm, thông gió và điều hòa không khí [HVAC], các chất lỏng như nước được sử dụng để truyền nhiệt từ khu vực này sang khu vực khác.[25]

Tương tự, chất lỏng thường được sử dụng trong nấu ăn vì đặc tính truyền nhiệt tốt hơn. Ngoài khả năng dẫn điện tốt hơn, vì chất lỏng ấm hơn nở ra và tăng lên trong khi các khu vực lạnh hơn co lại và chìm xuống, chất lỏng có độ nhớt động học thấp có xu hướng truyền nhiệt thông qua đối lưu ở nhiệt độ khá ổn định, tạo thành chất lỏng thích hợp để chần, đun sôi hoặc chiên. Tốc độ truyền nhiệt thậm chí còn cao hơn có thể đạt được bằng cách ngưng tụ một chất khí thành chất lỏng. Tại điểm sôi của chất lỏng, tất cả nhiệt năng được sử dụng để gây ra sự thay đổi pha từ chất lỏng sang chất khí mà không kèm theo sự tăng nhiệt độ và được lưu trữ dưới dạng thế năng hóa học. Khi chất khí ngưng tụ lại thành chất lỏng, nhiệt năng thừa này được giải phóng ở nhiệt độ không đổi. Hiện tượng này được sử dụng trong các quá trình như hấp. Vì chất lỏng thường có các điểm sôi khác nhau, nên các hỗn hợp hoặc dung dịch của chất lỏng hoặc chất khí thường có thể được tách ra bằng cách chưng cất, sử dụng nhiệt, lạnh, chân không, áp suất hoặc các phương tiện khác. Quá trình chưng cất có thể được tìm thấy trong mọi thứ, từ sản xuất đồ uống có cồn, đến nhà máy lọc dầu, đến chưng cất đông lạnh các khí như argon, oxy, nitơ, neon hoặc xenon bằng cách hóa lỏng [làm lạnh chúng dưới điểm sôi riêng lẻ của chúng].[26]

Chất lỏng là thành phần chính của hệ thống thủy lực, chúng lợi dụng định luật Pascal để cung cấp năng lượng cho chất lỏng. Các thiết bị như máy bơm và bánh xe nước đã được sử dụng để thay đổi chuyển động của chất lỏng thành cơ học từ thời cổ đại. Dầu được cưỡng bức thông qua các bơm thủy lực, truyền lực này đến các xi lanh thủy lực. Thủy lực có thể được tìm thấy trong nhiều ứng dụng, chẳng hạn như phanh và hộp số ô tô, thiết bị hạng nặng và hệ thống điều khiển máy bay. Máy ép thủy lực khác nhau được sử dụng rộng rãi trong sửa chữa và sản xuất, để nâng, ép, kẹp và tạo hình.[27]

Chất lỏng đôi khi được sử dụng trong các thiết bị đo lường. Nhiệt kế thường sử dụng sự giãn nở nhiệt của chất lỏng, chẳng hạn như thủy ngân, kết hợp với khả năng chảy của chúng để chỉ ra nhiệt độ. Áp kế sử dụng trọng lượng của chất lỏng để chỉ áp suất không khí.[28]

Tra chất lỏng trong từ điển mở tiếng Việt Wiktionary
  • Độ sôi của chất lỏng
  • Chất lỏng nhiều pha
  • Độ nhớt
  • Sức căng bề mặt
  • Âm quang, phát ra các tia sáng nhanh từ các bong bóng vỡ ra trong chất lỏng khi kích thích bằng sóng âm.

  1. ^ Theodore Gray, The Elements: A Visual Exploration of Every Known Atom in the Universe New York: Workman Publishing, 2009 p. 127 ISBN 1-57912-814-9
  2. ^ a b c Chemistry: The Molecular Nature of Matter and Change, 2009, ISBN 978-0-07-304859-8
  3. ^ Liquid Elements
  4. ^ “Compressibility of Liquids”. hyperphysics.phy-astr.gsu.edu. Bản gốc lưu trữ ngày 7 tháng 12 năm 2017. Truy cập ngày 8 tháng 5 năm 2018.
  5. ^ Intelligent Energy Field Manufacturing: Interdisciplinary Process Innovations By Wenwu Zhang -- CRC Press 2011 Page 144
  6. ^ Knight [2008] p. 454
  7. ^ Fluid Mechanics and Hydraulic Machines by S. C. Gupta -- Dorling-Kindersley 2006 Page 85
  8. ^ Knight [2008] p. 448
  9. ^ Knight [2008] pp. 455-459
  10. ^ Edward Yu. Bormashenko [ngày 5 tháng 11 năm 2018]. Wetting of Real Surfaces. De Gruyter. tr. 3–5. ISBN 978-3-11-058314-4.
  11. ^ Fluid Mechanics, 1987, ISBN 978-0-08-033933-7
  12. ^ Transport Phenomena, 2007, ISBN 978-0-470-11539-8
  13. ^ Krausser, J.; Samwer, K.; Zaccone, A. [2015]. “Interatomic repulsion softness directly controls the fragility of supercooled metallic melts”. Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA. 112 [45]: 13762. doi:10.1073/pnas.1503741112.
  14. ^ Viscosity Blending Equations, 2014
  15. ^ “Viscosity Index”. UK: Anton Paar. Bản gốc lưu trữ ngày 3 tháng 8 năm 2020. Truy cập ngày 29 tháng 8 năm 2018.
  16. ^ Honey in Traditional and Modern Medicine by Laid Boukraa -- CRC Press 2014 Page 22--24
  17. ^ Zaccone, A.; Trachenko, K. [2020]. “Explaining the low-frequency shear elasticity of confined liquids”. Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA. doi:10.1073/pnas.2010787117.
  18. ^ Classical Mechanics, ISBN 978-1-891389-22-1
  19. ^ Theo Mang, Wilfried Dressel ’’Lubricants and lubrication’’, Wiley-VCH 2007 ISBN 3-527-31497-0
  20. ^ George Wypych ’’Handbook of solvents’’ William Andrew Publishing 2001 pp. 847–881 ISBN 1-895198-24-0
  21. ^ N. B. Vargaftik ’’Handbook of thermal conductivity of liquids and gases’’ CRC Press 1994 ISBN 0-8493-9345-0
  22. ^ Jack Erjavec ’’Automotive technology: a systems approach’’ Delmar Learning 2000 p. 309 ISBN 1-4018-4831-1
  23. ^ Gerald Wendt ’’The prospects of nuclear power and technology’’ D. Van Nostrand Company 1957 p. 266
  24. ^ ’’Modern engineering for design of liquid-propellant rocket engines’’ by Dieter K. Huzel, David H. Huang – American Institute of Aeronautics and Astronautics 1992 p. 99 ISBN 1-56347-013-6
  25. ^ Thomas E Mull ’’HVAC principles and applications manual’’ McGraw-Hill 1997 ISBN 0-07-044451-X
  26. ^ Unit Operations in Food Processing by R. L. Earle -- Pergamon Press 1983 Page 56--62, 138--141
  27. ^ R. Keith Mobley Fluid power dynamics Butterworth-Heinemann 2000 p. vii ISBN 0-7506-7174-2
  28. ^ Bela G. Liptak ’’Instrument engineers’ handbook: process control’’ CRC Press 1999 p. 807 ISBN 0-8493-1081-4

  Bài viết về chủ đề vật lý này vẫn còn sơ khai. Bạn có thể giúp Wikipedia mở rộng nội dung để bài được hoàn chỉnh hơn.

  • x
  • t
  • s

Lấy từ “//vi.wikipedia.org/w/index.php?title=Chất_lỏng&oldid=68113832”

Video liên quan

Chủ Đề