lichide Sunt medii continue ale căror molecule nu sunt la fel de legate ca în solide și, prin urmare, au o mobilitate mai mare. Atât lichidele, cât și gazele sunt fluide și unele, precum aerul și apa, sunt de o importanță vitală, deoarece sunt necesare pentru a menține viața.
Exemple de fluide sunt apa, heliul superfluid sau plasma sanguină. Există materiale care par solide, dar cu toate acestea prezintă caracteristicile pe care le au fluidele, de exemplu gudronul. Așezând o cărămidă deasupra unei bucăți mari de gudron, se observă că se scufundă puțin câte puțin până ajunge în fund.
Unele materiale plastice par, de asemenea, a fi solide, dar sunt de fapt fluide foarte vâscoase, capabile să curgă extrem de lent..
Indice articol
Fluidele se caracterizează în principal prin:
-Au o separare mai mare între moleculele sale în comparație cu solidele. În cazul lichidelor, moleculele încă mențin o oarecare coeziune, în timp ce în gaze acestea interacționează mult mai puțin.
-Debit sau drenaj, atunci când forțele de forfecare acționează asupra lor. Fluidele nu rezistă stresului, prin urmare se deformează continuu și permanent atunci când se aplică pe ele.
-Adaptați-vă la forma recipientului care le conține și dacă este vorba de gaze, acestea se extind imediat până acoperă întregul volum al acestuia. În plus, dacă pot, moleculele vor scăpa rapid din recipient..
-Gazele sunt ușor de comprimat, adică volumul lor poate fi modificat cu ușurință. Pe de altă parte, modificarea volumului unui lichid necesită mai mult efort, din acest motiv sunt considerate incompresibile într-o gamă largă de presiuni și temperaturi..
-Lichidele au o suprafață liberă plană atunci când presiunea care acționează asupra lor este constantă. La presiunea atmosferică, de exemplu, suprafața unui lac fără valuri este plană.
Comportamentul macroscopic al unui fluid este descris de mai multe concepte, principalele fiind: densitatea, greutatea specifică, densitatea relativă, presiunea, modulul de compresibilitate și vâscozitatea. Să vedem în ce constă fiecare pe scurt.
Într-un mediu continuu, cum ar fi un fluid, nu este ușor să urmăriți o singură particulă sau moleculă, așa că, în loc să lucrați cu masa uneia, este preferabil să o faceți cu densitate, o caracteristică care privește fluidul ca întreg..
Densitatea este definită ca raportul dintre masă și volum. Notând densitatea cu litera greacă ρ, masa m și volumul V:
ρ = m / V
Când densitatea variază de la un punct la altul al fluidului, se folosește expresia:
ρ = dm / dV
În sistemul internațional de unități, densitatea se măsoară în kg / m3.
Densitatea oricărei substanțe în general nu este constantă. Toate când sunt încălzite suferă expansiune, cu excepția apei, care se extinde atunci când este înghețată.
Cu toate acestea, în lichide densitatea rămâne aproape constantă pe o gamă largă de presiuni și temperaturi, deși gazele experimentează variații mai ușor, deoarece sunt mai comprimabile..
Greutatea specifică este definită ca coeficientul dintre magnitudinea greutății și volumul. Prin urmare, este legat de densitate, deoarece magnitudinea greutății este de mg. Notând greutatea specifică cu litera greacă γ, avem:
γ = mg / V
Unitatea de greutate specifică din Sistemul Internațional de Unități este newtonul / m3 și în termeni de densitate, greutatea specifică poate fi exprimată astfel:
γ = ρg
Apa și aerul sunt cele mai importante fluide pentru viață, deci servesc drept punct de reper pentru alții.
În lichide, densitatea relativă este definită ca coeficientul dintre masa unei porțiuni de fluid și masa unui volum egal de apă (distilată) la 4 ° C și 1 atmosferă de presiune.
În practică, se calculează făcând coeficientul dintre densitatea fluidului și cea a apei în aceste condiții (1 g / cm3 sau 1000 kg / m3), prin urmare densitatea relativă este o cantitate adimensională.
Se notează ca ρr sau sg pt gravitație specifică, care se traduce ca greutate specifică, un alt nume pentru densitatea relativă:
sg = ρfluid / ρApă
De exemplu, o substanță cu sg = 2,5 este de 2,5 ori mai grea decât apa.
În gaze, densitatea relativă este definită în același mod, dar în loc să se utilizeze apa ca referință, se folosește densitatea aerului egală cu 1.225 kg / m.3 la 1 presiune atmosferică și 15 ° C.
Un fluid constă din nenumărate particule în mișcare constantă, capabile să exercite forță pe o suprafață, de exemplu cea a containerului care le conține. Presiunea medie P pe care o exercită fluidul pe orice suprafață plană a zonei A este definită prin coeficientul:
P = F┴/LA
Unde F┴ este componenta perpendiculară a forței, prin urmare presiunea este o mărime scalară.
Dacă forța nu este constantă sau suprafața nu este plană, atunci presiunea este definită de:
p = dF / dA
Unitatea de presiune SI este newton / mDouă, numit Pascal și prescurtat Pa, în cinstea fizicianului francez Blaise Pascal.
Cu toate acestea, în practică sunt utilizate multe alte unități, fie din motive istorice sau geografice, fie în funcție de domeniul de studiu. Unitățile sistemului britanic sau ale sistemului imperial sunt utilizate foarte frecvent în țările vorbitoare de limbă engleză. Pentru presiunea din acest sistem psi sau lira-forță / inchDouă.
Când o porțiune de fluid este supusă unei tensiuni volumice, aceasta scade oarecum. Această scădere este proporțională cu efortul depus, constanta proporționalității fiind modul de compresibilitate Sau pur și simplu compresibilitate.
Dacă B este modulul de compresibilitate, ΔP schimbarea presiunii și ΔV / V schimbarea volumului unității, atunci matematic:
B = ΔP / (ΔV / V)
Modificarea volumului de unitate este adimensională, deoarece este coeficientul dintre două volume. În acest fel, compresibilitatea are aceleași unități de presiune.
Așa cum s-a spus la început, gazele sunt fluide ușor comprimabile, în timp ce lichidele nu, de aceea au moduli de compresibilitate comparabili cu cei ai solidelor..
Un fluid în mișcare poate fi modelat de straturi subțiri care se mișcă unul față de celălalt. Vâscozitatea este fricțiunea care există între ei.
Pentru a imprima mișcarea fluidului, o tensiune de forfecare (nu foarte mare) este aplicată unei secțiuni, fricțiunea dintre straturi împiedică perturbarea să ajungă la straturile mai profunde.
În acest model, dacă forța este aplicată pe suprafața fluidului, viteza scade liniar în straturile inferioare până când dispare în partea de jos, unde fluidul este în contact cu suprafața în repaus a recipientului care îl conține..
Matematic se exprimă spunând că magnitudinea efortului de forfecare τ este proporțională cu variația vitezei cu adâncimea, care este notată ca Δv / Δy. Constanta proporționalității este vâscozitatea dinamică μ a fluidului:
τ = μ (Δv / Δy)
Această expresie este cunoscută sub numele de legea vâscozității lui Newton, iar fluidele care o urmează (unele nu urmează acest model) se numesc fluide newtoniene..
În sistemul internațional, unitățile de viscozitate dinamică sunt Pa. S, dar echilibru, prescurtat P, care este egal cu 0,1 Pa.s.
Fluidele sunt clasificate în funcție de diverse criterii, prezența sau absența fricțiunii este una dintre ele:
Densitatea sa este constantă, este incompresibilă și vâscozitatea sa este zero. De asemenea, este irotațional, adică nu se formează vârtejuri în interior. Și, în cele din urmă, este staționar, ceea ce înseamnă că toate particulele de fluid care trec printr-un anumit punct au aceeași viteză.
În straturile de fluide reale există fricțiuni și, prin urmare, vâscozitatea, acestea pot fi, de asemenea, compresibile, deși, așa cum am spus, lichidele sunt incompresibile într-o gamă largă de presiuni și temperaturi..
Un alt criteriu stabilește că fluidele pot fi newtoniene și non-newtoniene, în funcție de modelul de vâscozitate pe care îl urmează:
Ei îndeplinesc legea vâscozității lui Newton:
τ = μ (Δv / Δy)
Nu respectă legea vâscozității lui Newton, astfel încât comportamentul lor este mai complex. Sunt clasificate la rândul lor în fluide cu vâscozitate independent de timp iar cele cu vâscozitate dependent de timp, chiar mai complex.
Apa este un fluid newtonian, deși în anumite condiții modelul fluid ideal descrie foarte bine comportamentul său..
Este un bun exemplu de fluid non-newtonian independent de timp, în special fluide pseudoplastice, în care vâscozitatea crește foarte mult odată cu stresul de forfecare aplicat, dar apoi, pe măsură ce gradientul de viteză crește, acesta încetează să crească progresiv..
Este nevoie de multă tensiune de forfecare pentru ca aceste tipuri de lichide să înceapă să curgă. Apoi vâscozitatea este menținută constantă. Acest tip de fluid se numește lichid bingham. Pasta de dinți și unele vopsele se încadrează, de asemenea, în această categorie..
Este un fluid care este folosit pentru asfaltarea drumurilor și ca agent de impermeabilizare. Are comportamentul unui fluid Bingham.
Total lipsită de vâscozitate, dar la temperaturi apropiate de zero absolut.
Nimeni nu a comentat acest articol încă.