Многочисленные макроскопические свойства жидкости изучаются и описываются методами различных разделов механики, физики и физической химии.
Свойства неньютоновских жидкостей (структурно-вязких) изучаются реологией.
Специфические особенности течения жидких металлов, связанные с их электропроводностью и легкой подверженностью влиянию магнитных полей, изучаются в магнитной гидродинамике.
11.3.2. Основные свойства жидкостей
Основное физическое свойство жидкости - текучесть - смещение жидкости в направлении действия силы. Жидкости отличаются сильным межмолекулярным взаимодействием и малой сжимаемостью вследствие больших сил межмолекулярного отталкивания. Коэффициент относительной сжимаемости для жидкостей лежит в пределах от 2* 10~6 атм'1 до 2-10'4 атм"1.
В жидкостях наблюдается ближний порядок - упорядоченная взаимная ориентация соседних частиц жидкости внутри ее малых объемов. Для простых жидкостей, состоящих из сферически симметричных молекул, взаимодействие молекул носит в основном парный характер.
Молекулы жидкости совершают тепловые колебания около положений равновесия со средней частотой, близкой к частотам колебаний атомов в кристаллах, и амплитудой, определяемой объемом, предоставленным молекуле ее соседями. Расстояния между центрами молекул жидкости составляют порядка Ю10м. Для воды - 310*10м.
На поверхности раздела двух фаз (жидкость и ее насыщенный пар, две несмешивающихся жидкости, жидкость и твердое тело) в результате различного межмолекулярного взаимодействия существует сила, направленная внутрь одного из тел. На поверхности жидкость ~ пар эта сила направлена внутрь жидкости, результатом чего является поверхностное натяжение жидкости.
На границе соприкосновения трех фаз - жидкость, газ, твердое тело наблюдается смачивание жидкостью твердого тела. Свободная поверхность жидкости около твердой поверхности искривлена и называется мениском. Линия, по которой мениск пересекается с твердым телом, называется периметром смачивания. Явления смачивания характеризуются краевым углом п между смоченной поверхностью твердого тела и мениском в точках пересечения.
Испарение - процесс парообразования, происходящий со свободной поверхности жидкости. Испарение происходит при любой температуре и увеличивается при ее повышении. Испарение объясняется вылетом из поверхностного слоя жидкости молекул, обладающих наибольшей скоростью, и кинетической энергии, так что в результате испарения жидкость охлаждается.
Кипение - процесс интенсивного испарения жидкости по всему объему жидкости внутрь образующихся пузырьков пара. Температура, при которой давление ее насыщенного пара равно внешнему давлению, называется температурой, или точкой кипения.
17*
11.4. Газы
11.4.1. Основные понятия
Газ - агрегатное состояние вещества, в котором его частицы не связаны или весьма слабо связаны силами взаимодействия и движутся свободно, заполняя весь предоставленный им объем.
Вещества в газообразном состоянии широко распространены в природе. Газы образуют атмосферу Земли, в значительных количествах содержатся в твердых земных породах, растворены в воде океанов, морей и рек. Солнце, звезды, облака межзвездного вещества состоят из газов нейтральных или ионизированных (плазмы). Встречающиеся в природных условиях газы представляют собой, как правило, смеси химически чистых газов.
Газы обладают рядом характерных свойств. Они полностью заполняют сосуд, в котором находятся, и принимают его форму. В отличие от твердых тел и жидкостей, объем газов существенно зависит от давления и температуры. Коэффициент объемного расширения газов в обычных условиях от 0 до 100°С на два порядка выше, чем у жидкостей, и составляет в среднем 0,003663 1/град.
Любое вещество можно перевести в газообразйое состояние надлежащим подбором давления и температуры. Газ, образующийся над твердым или жидким телом в результате возгонки (сублимации) вещества, называют паром.
В связи с тем, что область газового состояния вещества очень обширна, свойства газов при изменении температуры и давления могут меняться в широких пределах.
Так, в нормальных условиях (при 0°С и атмосферном давлении) плотность газа примерно в 1000 раз меньше плотности того же вещества в жидком и твердом состоянии.
При комнатной температуре, но давлении в 1017 раз меньшем атмосферного (предел, достигнутый вакуумной техникой) плотность газа составляет 10‘17 кг/м3. В космических условиях плотность газа может быть еще на 10 порядков ниже.
С другой стороны, вещество, которое при высоких давлениях и сверхкри-тических температурах можно считать газом, обладает огромной плотностью: в центре некоторых звезд плотность газа составляет 1012 кг/м3 . В зависимости от условий и другие свойства газов - теплопроводность, вязкость и др. изменяются в широких пределах.
Газы в технике применяются главным образом в качестве топлива, сырья для химической промышленности, химических реагентов при сварке, химикотермической обработке металлов, создании инертной или специальной атмосферы, в некоторых биохимических процессах, а также в качестве теплоносителей, рабочего тела для выполнения механической работы (огнестрельное оружие, реактивные двигатели и снаряды, газовые турбины, парогазовые установки, пневмотранспорт и т.п.), физические среды для газового разряда (в газоразрядных трубках и ппиборр^ R технике используется свыше 30 различных газов.
