Гидростатика. Закон Архимеда
Гидростатика — это частный случай гидроаэромеханики, где изучается равновесие жидкостей и газов, т. е. их скорость равна нулю.
Виды жидкостей
Несжимаемая жидкость — это жидкость или газ, где зависимость плотности от давления не имеет никакого значения.
Сжимаемая жидкость — это газ, где зависимость плотности от давления имеет большое значение.
Идеальная жидкость — это жидкость, где нет внутреннего трения.
Вязкая жидкость — это жидкость, где присутствует внутреннее трение.
Баротропная жидкость — это жидкость, где плотность имеет зависимость только от давления.
Давление — это физическая величина, которая характеризует силу, перпендикулярную поверхности, и ее действие на каждую единицу этой поверхности:
В Международной системе СИ единица давления — это паскаль (Па).
Гидростатическое давление — это давление, которое создается жидкостью, которая при воздействии силы тяжести, остается в равновесии.
Гидростатическое давление определяется следующей формулой:
, где h — высота жидкости, p — плотность жидкости.
Давление жидкости на высоте h определяется формулой:
Закон Архимеда: выталкивающая сила, которая действует на тело, погруженное жидкость или газ, равна весу жидкости в объеме погруженного тела, эта сила направлена вверх и приложена к центру тяжести вытесненного объема жидкости или газа.
Агрегатные состояния вещества
Фазовый переход, или превращение — это переход вещества из одного агрегатного состояния в другое. При этом фазовый переход первого рода имеет скачкообразное изменение внутренней энергии и плотности, это связано с выделением или поглощением теплоты фазового перехода, а фазовый переход второго рода не обнаруживает скачкообразное изменение внутренней энергии и плотности, теплота фазового перехода равна нулю, при этом переходе скачкообразно меняются теплоемкость и термодинамические коэффициенты, которые являются характеристиками относительного изменения объема системы.
Жидкость — это тела, которые имеют определенный объем, но не имеют упругости формы.
Поверхностное натяжение — это свойство, обусловленное сила- ми притяжения между молекулами.
Сила поверхностного натяжения — это сила, действующая вдоль поверхности жидкости перпендикулярно линии, которая ограничивает эту поверхность.
Коэффициент поверхностного натяжения — это физическая величина, определяемая отношением модуля силы поверхностного натяжения, которая оказывает воздействие на границу поверхностного слоя длиной, к этой длине:
Смачивание — это процесс, появляющийся на границе соприкосновения жидкостей с твердыми телами, другими жидкостями и газами, которое определено взаимодействием молекул на границе контактирующих сред. Капиллярные явления — это процессы, определенные поверхностным натяжением и совершающиеся в тонких узких трубках, т. е. (капиллярах).
Высота подъема или опускания жидкости в капилляре обратно пропорциональна радиусу капилляра и плотности жидкости, определяется:
Парообразование — это переход вещества из жидкого состоя- ния в газообразное.
Существуют два типа парообразования:
- испарение;
- кипение.
Испарение — это явление перехода вещества из жидкого состояния в газообразное, совершающееся со свободной поверхности жидкости при любой температуре.
Пар (газ) — это совокупность молекул, которые вылетают из жидкости.
Факторы, от которых зависит испарение:
- если температура повышается, то скорость испарения увеличивается;
- если создавшийся пар сдувается потоком воздуха или откачивается, то скорость испарения возрастает;
- если площадь свободной поверхности жидкости больше данного объема, то испарение происходит быстрее.
Теплота испарения или парообразования — это количество теплоты, которую нужно сообщить жидкости при данной температуре и давлении, чтобы перевести ее в пар той же температуры и при том же давлении.
Кипение — это интенсивное испарение жидкости, совершающееся не только с ее свободной поверхности, но и во всем объеме жидкости внутри образующихся при этом пузырьков пара.
Кипение жидкости начинается при такой температуре, когда выполняется условие:
Теплота испарения (теплота парообразования) — это количество теплоты, которое нужно сообщить веществу, с тем чтобы перевести его из жидкого состояния в газообразное.
Удельная теплота парообразования — это количество теплоты, которое необходимо для превращения вещества единичной массы из жидкого состояния в пар при температуре кипения.
Конденсация — это переход вещества вследствие его охлаждения или сжатия из газообразного состояния в жидкое или твердое.
Разбавленный раствор — это смесь нескольких веществ, в которой одно из веществ является преобладающим, а остальные являются малыми примесями.
Явление осмоса — это проникновение растворителя в раствор через пористую перегородку, плотную для растворенного вещества и отделяющую раствор от чистой жидкости.
Сверхтекучесть — это процесс практически полного отсутствия вязкости, обнаруженного у жидкого гелия.
Твердые тела бывают двух типов:
- кристаллические;
- аморфные.
Кристаллы — это твердые тела, обладающие правильным периодическим расположением собирающих их частиц.
Типы кристаллов:
- металлы, в которых валентные электроны оставляют атомы, делаются коллективизированными, образуя электронный газ в металлах;
- ионные кристаллы, которые характеризуются ионной связью между правильно чередующимися в узлах кристаллической решетки положительными и отрицательными ионами;
- валентные кристаллы, характеризуются гомеополярной связью;
- молекулярные кристаллы в узлах кристаллической решетки которых находятся молекулы;
- кристаллы с водородными связями — это формирование связи, которое происходит так, что атом водорода передает свой электрон одному из атомов молекулы, водородная связь создастся в основном за счет ионного взаимодействия с образующимся ионом водорода.
Тепловое расширение — это изменение линейных размеров и объемов тел, которые возникают за счет нагревания.
Теплопроводность — это вид теплообмена, который в результате приводит к выравниванию температур различных частей тела, в процессе которого происходит передача энергии от более нагретых частей к менее нагретым.
Коэффициент электронной теплопроводности для металлов, когда происходит классическое приближение идеального электронного газа:
теплового движения электронов.
Теплота плавления — это количество теплоты, необходимое для вещества, чтобы перевести его из твердого кристаллического состояния в жидкое.
Кристаллизация — это явление перехода вещества из жидкого состояния в твердое кристаллическое.
Кристаллизация — процесс, обратный плавлению, который происходит при постоянной температуре, равной температуре плавления.
Адсорбция — это концентрирование одного из веществ, совершающееся в смежном слое у поверхности раздела двух фаз. Десорбция — это явление, обратное адсорбции, абсорбция характе- ризуется как объемное поглощение вещества.
Жидкие кристаллы — это состояние отдельных органических веществ, которые находятся в процессе перехода из жидкого состояния в твердое кристаллическое не сразу, а через промежуточные состояния, которым свойственны свойства как жидкостей, так и кристаллов.
Аморфные вещества — это вещества, не имеющие в конденси- рованном состоянии кристаллическое строение, но обладающие упругостью формы.
Структурное стеклование — это перевод аморфного вещества из жидкого состояния в твердое, если осуществляется изменение температуры или давления.
Размягчение — это обратный стеклованию процесс.
Полимеры — это вещества, молекулы которых построены из большого числа повторяющихся групп.