+ Pokaż spis treści

Ciecze


Struktura cieczy - zjawiska cząsteczkowe

Cieczami zajmuje się kinetyczno - molekularna teoria, zgodnie z którą:
  • ciecze zbudowane są z cząsteczek
  • cząsteczki cieczy są w ciągłym, bezładnym ruchu
  • odległości między cząsteczkami są mniejsze niż w gazach, co ogranicza swobodę ich ruchu
  • cząsteczki oddziaływują na siebie siłami spójności (międzycząsteczkowymi ) większymi niż cząsteczki gazów i prędkości ich ruchu są mniejsze niż w gazach.

Zjawiskami potwierdzającymi założenia teorii są między innymi:

Dyfuzja - zjawisko mieszania się cząsteczek, świadczące o budowie i ruchu bezładnym cząsteczek
Ruchy Browna - cząsteczki zderzają się ze sobą zmienając kierunki ruchów
Kulistość kropli cieczy - skutek działania sił międzycząsteczkowych
Siły napięcia powierzchniowego - (wynik działania sił międzycząsteczkowych) - na powierzchni tworzy się "błona powierzchniowa"
Włoskowatość - w cienkich rurkach (naczynia włoskowate) ciecz wznosi się na wyższy (lub niższy) poziom, niż w naczyniu lub w szerokich rurkach. 

O włoskowatości decydują siły spójności, oraz siły przylegania (siły oddziaływania między cząsteczkami cieczy i ciała stałego)

Ciśnienie hydrostatyczne - paradoks hydrostatyczny

Ciśnieniem (p) nazywamy iloraz siły naciskającej na powierzchniędo pola tej powierzchni (S). Siłę nacisku nazywa się parciem.



Jednostką ciśnienia jest 1nazywany paskalem



Ciśnienie hydrostatyczne
 ph - to ciśnienie wywierane na dno naczynia przez słup cieczy o wysokości h.

Ciśnienie hydrostatyczne wyraża się wzorem: , gdzie r jest gęstością cieczy.

Gęstością substancji nazywamy stosunek (iloraz) jej masy do objętości .
To ciśnienie zależy tylko od :rodzaju cieczy (różne r), wysokości słupa cieczy (h) i przyspieszenia grawitacyjnego (g).

PARADOKS HYDROSTATYCZNY

W naczyniach wysokości słupów cieczy są sobie równe, więc ciśnienia hydrostatyczne też są sobie równe.

p1 = p2 = p3

Parcia cieczy w naczyniach wynoszą odpowiednio:

F1N = p . S1
F2N = p . S2
F3N = p . S3


Ponieważ

S1ąS2ąS3 ;  F1NąF2Ną F3N


Co oznacza, że parcie nie jest zawsze równe ciężarowi tej cieczy. Ten fakt stanowi tzw paradoks hydrostatyczny.

Jeśli z zewnątrz cieczy jest wywierane na nią ciśnienie to jest ono przenoszone we wszystkich kierunkach jednakowo np. całkowite ciśnienie cieczy na dno naczynia jest sumą ciśnienia hydrostatycznego i atmosferycznego.

Pna dno = patm + ph

To jest podstawowe prawo hydrostatyki - PRAWO PASCALA.
Prawo Pascala wykorzystywane jest w prasach hydraulicznych, hamulcach, podnośnikach...

Naczynia połączone

Są to dwa lub więcej naczyń połączonych ze sobą tak, że ciecz może przelewać się z jednego naczynia do drugiego.

Ciśnienia wywierane na wspólne dno przez ciecze znajdujące się w naczyniach są jednakowe. Gdy ciecz jest jednorodna (r = constans) to wysokości słupów cieczy są jednakowe; gdy ciecze nie mieszają się ciśnienia (p1 i p2) ich słupów (h1 i h2) są jednakowe na poziomie zetknięcia tych cieczy.

p1 = p2
pa + r1gh1 = pa + r2gh2
r1h1 = r2h2


Naczynia połączone można wykorzystać do wyznaczania gęstości jednaj cieczy znając gęstość drugiej cieczy lub np. do pomiaru ciśnienia atmosferycznego (barometry)





Prawo Archimedesa - pływanie ciał

Na każde ciało zanurzone w cieczy (lub gazie) działa siła wyporu, zwrócona pionowo do góry o wartości:

F| = rcieczy . g . Vczęści zanurzonej ciała 

czyli o wartości równej ciężarowi wypartej cieczy(lub gazu.)

prawo Archimedesa gęstość ciała jest mniejsza od gęstości cieczy gęstość ciała jest równa gęstości cieczy gęstość ciała jest większa od gęstości cieczy

Z prawa Archimedesa wynikają warunki pływania ciał:

  • Gdy gęstość ciała jest mniejsza od gęstości cieczy (rciała < rcieczy) - ciało pływa zanurzone częściowo w cieczy
  • Gdy gęstość ciała jest równa gęstości cieczy (rciała = rcieczy) - ciało pływa całkowicie zanurzone w cieczy
  • Gdy gęstość ciała jest większa od gęstości cieczy (rciała > rcieczy) - ciało tonie w cieczy i jego ciężar w cieczy: 

Ciężar ciała w cieczy jest mniejszy niż w powietrzu i wynosi



korzystając z prawa Archimedesa można wyznaczyć gęstość ciała lub gęstość cieczy (areometry).

Rozszerzalność termiczna cieczy

Ogrzewanie lub oziębianie cieczy powoduje zmianę jej objętości (termometr). Przyrost objętości (DV) cieczy jest wprost proporcjonalny do przyrostu temperatury (DT) od objętości początkowej (Vo) oraz zależy od rodzaju cieczy.

DV = a . Vo . DT 

Rodzaj cieczy uwzględnia współczynnik (a) rozszerzalności objętościowej (różny dla różnych cieczy)

Objętość cieczy po ogrzaniu (lub oziębieniu) wyraża równanie:

V = Vo + DV  Ţ  V = Vo + aVo DT Ţ   V = Vo ( 1 + aDT )

Zmiana objętości cieczy pociąga za sobą odwrotną zmianę gęstości . Ma to znaczenie dla np. organizmów żyjących w zbiornikach wodnych. Objętość wody oziębionej od 4oC [277 K] do 0oC [273 K] rośnie, więc jej gęstość maleje. Dzięki temu woda zamarza od powierzchni, a pod warstwą lodu (przy dnie) organizmy żywe mogą przetrwać zimę.