Առօրյա կյանքում մենք անընդհատ հանդիպում ենք նյութի երեք վիճակների՝ հեղուկ, գազային և պինդ: Մենք բավականին հստակ պատկերացում ունենք, թե ինչ են պինդ մարմինները և գազերը: Գազը մոլեկուլների հավաքածու է, որոնք պատահականորեն շարժվում են բոլոր ուղղություններով: Պինդ մարմնի բոլոր մոլեկուլները պահպանում են իրենց փոխադարձ դասավորությունը։ Նրանք միայն մի փոքր տատանվում են:
Հեղուկ նյութի առանձնահատկությունները
Իսկ որո՞նք են հեղուկ նյութերը: Նրանց հիմնական առանձնահատկությունն այն է, որ, զբաղեցնելով միջանկյալ դիրք բյուրեղների և գազերի միջև, նրանք միավորում են այս երկու վիճակների որոշակի հատկություններ։ Օրինակ հեղուկների, ինչպես նաև պինդ (բյուրեղային) մարմինների համար հատկանշական է ծավալի առկայությունը։ Սակայն, միևնույն ժամանակ, հեղուկ նյութերը, ինչպես գազերը, ընդունում են այն նավի ձևը, որտեղ գտնվում են։ Մեզանից շատերը կարծում են, որ նրանք չունեն իրենց սեփական ձևը: Այնուամենայնիվ, դա այդպես չէ: Ցանկացած հեղուկի բնական ձևը.գնդակ. Ձգողության ուժը սովորաբար խանգարում է նրան ընդունել այս ձևը, ուստի հեղուկը կամ անոթի ձև է ստանում, կամ բարակ տարածվում է մակերեսի վրա:
Իր հատկություններով նյութի հեղուկ վիճակն առանձնապես բարդ է՝ պայմանավորված նրա միջանկյալ դիրքով։ Այն սկսել է ուսումնասիրվել Արքիմեդի ժամանակներից (2200 տարի առաջ)։ Այնուամենայնիվ, հեղուկ նյութի մոլեկուլների վարքագծի վերլուծությունը դեռևս կիրառական գիտության ամենադժվար ոլորտներից է: Դեռևս գոյություն չունի հեղուկների ընդհանուր ընդունված և լիովին ամբողջական տեսություն։ Այնուամենայնիվ, նրանց պահվածքի մասին կարող ենք միանգամայն մի բան ասել։
Մոլեկուլների վարքագիծը հեղուկում
Հեղուկը մի բան է, որը կարող է հոսել: Նրա մասնիկների դասավորության մեջ դիտվում է կարճ հեռահարության կարգը։ Սա նշանակում է, որ պատվիրված է իրեն ամենամոտ հարեւանների գտնվելու վայրը՝ ցանկացած մասնիկի նկատմամբ։ Այնուամենայնիվ, երբ նա հեռանում է ուրիշներից, նրա դիրքը նրանց նկատմամբ դառնում է ավելի ու ավելի քիչ կարգավորված, և այդ կարգն ընդհանրապես անհետանում է: Հեղուկ նյութերը կազմված են մոլեկուլներից, որոնք շատ ավելի ազատ են շարժվում, քան պինդ մարմիններում (և նույնիսկ ավելի ազատ գազերում)։ Որոշակի ժամանակ նրանցից յուրաքանչյուրը շտապում է նախ մի ուղղությամբ, ապա մյուս ուղղությամբ՝ չհեռանալով իր հարեւաններից։ Այնուամենայնիվ, հեղուկ մոլեկուլը ժամանակ առ ժամանակ դուրս է գալիս շրջակա միջավայրից: Նա նոր տեղ է ստանում՝ տեղափոխվելով այլ տեղ: Այստեղ կրկին, որոշակի ժամանակ, նա կատարում է տատանումների նման շարժումներ։
Y. I. Frenkel-ի ներդրումը հեղուկների ուսումնասիրության մեջ
I. Մի շարքի մշակման գործում մեծ վաստակ ունի խորհրդային գիտնական Ի. Ֆրենկելըխնդիրներ այնպիսի թեմայի շուրջ, ինչպիսիք են հեղուկ նյութերը: Նրա հայտնագործությունների շնորհիվ քիմիան շատ առաջադիմեց։ Նա կարծում էր, որ հեղուկներում ջերմային շարժումն ունի հետևյալ բնույթը. Որոշակի ժամանակ յուրաքանչյուր մոլեկուլ տատանվում է հավասարակշռության դիրքի շուրջ։ Այնուամենայնիվ, այն ժամանակ առ ժամանակ փոխում է իր տեղը՝ կտրուկ շարժվելով դեպի նոր դիրք, որը նախորդից բաժանվում է մոտավորապես այս մոլեկուլի չափով։ Այսինքն՝ հեղուկի ներսում մոլեկուլները շարժվում են, բայց դանդաղ։ Որոշ ժամանակ նրանք մնում են որոշակի վայրերի մոտ: Հետևաբար, նրանց շարժումը նման է գազի և պինդ մարմնի շարժումների խառնուրդի։ Որոշ ժամանակ անց մեկ վայրում տատանումները փոխարինվում են տեղից տեղ ազատ անցումով։
Ճնշում հեղուկի մեջ
Հեղուկ նյութի որոշ հատկություններ մեզ հայտնի են դրանց հետ մշտական փոխազդեցության շնորհիվ: Այսպիսով, առօրյա կյանքի փորձից մենք գիտենք, որ այն գործում է իր հետ շփվող պինդ մարմինների մակերեսի վրա՝ որոշակի ուժերով։ Դրանք կոչվում են հեղուկի ճնշման ուժեր։
Օրինակ՝ ջրի ծորակը մատով բացելիս ու ջուրը բացելիս զգում ենք, թե ինչպես է այն սեղմում մատը։ Իսկ մեծ խորություններ սուզված լողորդը պատահաբար ականջների ցավ չի զգում։ Դա բացատրվում է նրանով, որ թմբկաթաղանթի վրա գործում են ճնշման ուժեր։ Ջուրը հեղուկ նյութ է, ուստի այն ունի իր բոլոր հատկությունները։ Ծովի խորքում ջրի ջերմաստիճանը չափելու համար, շատ ուժեղջերմաչափեր, որպեսզի դրանք չփշրվեն հեղուկի ճնշմամբ։
Այս ճնշումը պայմանավորված է սեղմումով, այսինքն՝ հեղուկի ծավալի փոփոխությամբ։ Այն ունի առաձգականություն այս փոփոխության հետ կապված: Ճնշման ուժերը առաձգականության ուժերն են։ Հետեւաբար, եթե հեղուկը գործում է իր հետ շփվող մարմինների վրա, ապա այն սեղմվում է։ Քանի որ սեղմման ընթացքում նյութի խտությունը մեծանում է, կարող ենք ենթադրել, որ հեղուկներն ունեն առաձգականություն՝ խտության փոփոխության նկատմամբ։
Գոլորշիացում
Շարունակելով դիտարկել հեղուկ նյութի հատկությունները, մենք անցնում ենք գոլորշիացմանը: Նրա մակերևույթի մոտ, ինչպես նաև ուղղակիորեն մակերեսային շերտում գործում են ուժեր, որոնք ապահովում են այդ շերտի գոյությունը։ Նրանք թույլ չեն տալիս, որ դրա մեջ գտնվող մոլեկուլները դուրս գան հեղուկի ծավալից։ Սակայն ջերմային շարժման շնորհիվ նրանցից ոմանք զարգացնում են բավականին բարձր արագություններ, որոնց օգնությամբ հնարավոր է դառնում հաղթահարել այդ ուժերը եւ հեռանալ հեղուկից։ Այս երեւույթը մենք անվանում ենք գոլորշիացում։ Այն կարելի է դիտարկել ցանկացած օդի ջերմաստիճանում, սակայն դրա բարձրացմամբ գոլորշիացման ինտենսիվությունը մեծանում է։
խտացում
Եթե մոլեկուլները, որոնք թողել են հեղուկը, հեռացվեն նրա մակերեսին մոտ տարածությունից, ապա այն ի վերջո գոլորշիանում է: Եթե այն թողած մոլեկուլները չհեռացվեն, դրանք գոլորշի են գոյանում։ Գոլորշիների մոլեկուլները, որոնք ընկել են հեղուկի մակերևույթին մոտ գտնվող շրջան, քաշվում են դրա մեջ ձգողական ուժերով: Այս գործընթացը կոչվում է խտացում:
Հետևաբար,եթե մոլեկուլները չհեռացվեն, ժամանակի ընթացքում գոլորշիացման արագությունը նվազում է: Եթե գոլորշիների խտությունն ավելի է մեծանում, ապա ստեղծվում է մի իրավիճակ, երբ հեղուկը որոշակի ժամանակում դուրս եկող մոլեկուլների թիվը հավասար կլինի այն մոլեկուլների քանակին, որոնք միաժամանակ վերադառնում են դրան: Սա ստեղծում է դինամիկ հավասարակշռության վիճակ: Դրանում գտնվող գոլորշին կոչվում է հագեցած: Նրա ճնշումն ու խտությունը մեծանում են ջերմաստիճանի բարձրացման հետ։ Որքան մեծ է այն, այնքան շատ հեղուկ մոլեկուլների թիվը բավարար էներգիա ունի գոլորշիացման համար, և այնքան մեծ պետք է լինի գոլորշիների խտությունը, որպեսզի խտացումը հավասար լինի գոլորշիացմանը:
եռում
Երբ հեղուկ նյութերի տաքացման գործընթացում հասնում է այնպիսի ջերմաստիճանի, որի դեպքում հագեցած գոլորշիներն ունեն նույն ճնշումը, ինչ արտաքին միջավայրը, հավասարակշռություն է հաստատվում հագեցած գոլորշու և հեղուկի միջև: Եթե հեղուկը լրացուցիչ քանակությամբ ջերմություն է հաղորդում, ապա հեղուկի համապատասխան զանգվածն անմիջապես վերածվում է գոլորշու։ Այս գործընթացը կոչվում է եռալ:
Եռալը հեղուկի ինտենսիվ գոլորշիացումն է։ Այն առաջանում է ոչ միայն մակերեսից, այլ վերաբերում է դրա ողջ ծավալին։ Հեղուկի ներսում գոլորշիների փուչիկները հայտնվում են: Հեղուկից գոլորշու մեջ մտնելու համար մոլեկուլները պետք է էներգիա ստանան: Այն անհրաժեշտ է հաղթահարելու գրավիչ ուժերը, որոնք դրանք պահում են հեղուկի մեջ։
եռման կետ
Եռման կետն այն է, որումկա երկու ճնշման հավասարություն՝ արտաքին և հագեցած գոլորշիներ։ Այն ավելանում է, քանի որ ճնշումը մեծանում է և նվազում է ճնշման նվազման հետ: Շնորհիվ այն բանի, որ հեղուկում ճնշումը փոխվում է սյունակի բարձրության հետ, դրա մեջ եռումը տեղի է ունենում տարբեր մակարդակներում տարբեր ջերմաստիճաններում: Միայն հագեցած գոլորշին, որը եռման գործընթացում գտնվում է հեղուկի մակերեւույթից վեր, ունի որոշակի ջերմաստիճան։ Այն որոշվում է միայն արտաքին ճնշմամբ։ Սա այն է, ինչ մենք նկատի ունենք, երբ խոսում ենք եռման կետի մասին: Այն տարբերվում է տարբեր հեղուկներից, ինչը լայնորեն կիրառվում է ճարտարագիտության մեջ, մասնավորապես՝ նավթամթերք թորելիս։
Գոլորշացման թաքնված ջերմությունը ջերմության քանակն է, որն անհրաժեշտ է իզոթերմորեն սահմանված քանակությամբ հեղուկը գոլորշու վերածելու համար, եթե արտաքին ճնշումը նույնն է, ինչ հագեցած գոլորշիների ճնշումը:
Հեղուկ թաղանթների հատկությունները
Մենք բոլորս գիտենք, թե ինչպես կարելի է փրփուր ստանալ՝ օճառը ջրի մեջ լուծելով։ Սա ոչ այլ ինչ է, եթե ոչ շատ փուչիկներ, որոնք սահմանափակված են հեղուկից բաղկացած ամենաբարակ թաղանթով։ Այնուամենայնիվ, փրփրացող հեղուկից կարելի է ձեռք բերել նաև առանձին թաղանթ: Նրա հատկությունները շատ հետաքրքիր են. Այս թաղանթները կարող են լինել շատ բարակ. դրանց հաստությունը ամենաբարակ մասերում չի գերազանցում հարյուրհազարերորդական միլիմետրը: Այնուամենայնիվ, նրանք երբեմն շատ կայուն են, չնայած դրան: Օճառի թաղանթը կարող է ենթարկվել դեֆորմացման և ձգվելու, դրա միջով կարող է անցնել ջրի շիթ՝ առանց ոչնչացնելու։ Ինչպե՞ս բացատրել նման կայունությունը: Որպեսզի թաղանթ հայտնվի, անհրաժեշտ է մաքուր հեղուկի մեջ ավելացնել դրա մեջ լուծվող նյութեր։ Բայց ոչ թե որևէ, այլ այդպիսին,ինչը զգալիորեն նվազեցնում է մակերեսային լարվածությունը։
Հեղուկ ֆիլմեր բնության և տեխնիկայի մեջ
Տեխնոլոգիաներում և բնության մեջ մենք հիմնականում հանդիպում ենք ոչ թե առանձին թաղանթների, այլ փրփուրի, որը նրանց համադրությունն է։ Այն հաճախ կարելի է նկատել առվակներում, որտեղ փոքրիկ առվակներ ընկնում են հանգիստ ջրի մեջ։ Ջրի փրփրելու ունակությունն այս դեպքում կապված է նրանում օրգանական նյութերի առկայության հետ, որոնք արտազատվում են բույսերի արմատներով։ Սա օրինակ է, թե ինչպես են բնական հեղուկ նյութերը փրփրում։ Բայց ինչ վերաբերում է տեխնոլոգիային: Շինարարության ընթացքում, օրինակ, օգտագործվում են հատուկ նյութեր, որոնք ունեն փրփուր հիշեցնող բջջային կառուցվածք։ Նրանք թեթև են, էժան, բավականաչափ ամուր, վատ են փոխանցում ձայնը և ջերմությունը: Դրանք ստանալու համար հատուկ լուծույթներին ավելացնում են փրփրացնող նյութեր։
Եզրակացություն
Այսպիսով, մենք իմացանք, թե ինչ նյութեր են հեղուկ, պարզեցինք, որ հեղուկը նյութի միջանկյալ վիճակ է գազային և պինդի միջև: Հետեւաբար, այն ունի երկուսին էլ բնորոշ հատկություններ։ Հեղուկ բյուրեղները, որոնք այսօր լայնորեն կիրառվում են տեխնոլոգիայի և արդյունաբերության մեջ (օրինակ՝ հեղուկ բյուրեղային դիսփլեյներ) նյութի այս վիճակի վառ օրինակն են։ Նրանք համատեղում են պինդ և հեղուկների հատկությունները։ Դժվար է պատկերացնել, թե ապագայում ինչ հեղուկ նյութեր կհորինի գիտությունը։ Այնուամենայնիվ, պարզ է, որ այս իրավիճակում կա մեծ ներուժ, որը կարող է օգտագործվել ի շահ մարդկության:
Հատուկ հետաքրքրություն տեղի ունեցող ֆիզիկական և քիմիական գործընթացների դիտարկման նկատմամբհեղուկ վիճակում՝ պայմանավորված այն հանգամանքով, որ մարդն ինքը 90%-ով բաղկացած է ջրից, որը Երկրի վրա ամենատարածված հեղուկն է։ Հենց դրա մեջ են տեղի ունենում բոլոր կենսական գործընթացները ինչպես բուսական, այնպես էլ կենդանական աշխարհում։ Ուստի բոլորիս համար կարևոր է ուսումնասիրել նյութի հեղուկ վիճակը։
