Течни вещества. Течности и течно състояние на материята Химия на течното състояние на материята

1. Течно агрегатно състояние и неговите свойства.

2.1 Закон на Бернули.

2.2 Закон на Паскал.

2.3 Ламинарен поток на течности.

2.4 Закон на Пойзел.

2.5 Турбулентно течение на течности.

3.1 Измерване на вискозитета на течността.

3.2 Измерване на обем и дебит на течност

1. Течно агрегатно състояние и неговите свойства.

Течностите заемат междинно положение между газообразни и твърди вещества. При температури, близки до точките на кипене, свойствата на течностите се доближават до тези на газовете; при температури, близки до точката на топене, свойствата на течностите се доближават до свойствата на твърдите вещества. Ако твърдите вещества се характеризират със строго подреждане на частици, простиращи се на разстояния до стотици хиляди междуатомни или междумолекулни радиуси, тогава в течно вещество обикновено има не повече от няколко десетки подредени частици - това се обяснява с факта, че редът между частиците в различни места на течно вещество също бързо възниква, тъй като отново се „ерозира“ от топлинна вибрация на частиците. В същото време общата плътност на опаковката на частиците на течно вещество се различава малко от тази на твърдо вещество - следователно тяхната плътност е близка до плътността на твърдите вещества и тяхната свиваемост е много ниска. Например, за да се намали обемът, зает от течна вода с 1%, е необходимо налягане от ~200 atm, докато за същото намаляване на обема на газовете е необходимо налягане от около 0,01 atm. Следователно свиваемостта на течностите е приблизително 200: 0,01 = 20 000 пъти по-малка от свиваемостта на газовете.

По-горе беше отбелязано, че течностите имат определен собствен обем и приемат формата на съда, в който се намират; тези свойства са много по-близки до свойствата на твърдото, отколкото на газообразното вещество. Непосредствената близост на течното състояние до твърдото състояние се потвърждава и от данните за стандартните енталпии на изпарение ∆H° eva и стандартните енталпии на топене ∆H° pl. Стандартната енталпия на изпаряване е количеството топлина, необходимо за превръщане на 1 мол течност в пара при 1 atm (101,3 kPa). Същото количество топлина се отделя, когато 1 мол пара кондензира в течност при 1 atm. Количеството топлина, изразходвано за трансформиране на 1 мол твърдо вещество в течност при 1 atm, се нарича стандартна енталпия на синтез (същото количество топлина се отделя, когато 1 mol течност „замръзне“ („втвърди“) при 1 atm) . Известно е, че ∆Н° pl е много по-малко от съответните стойности на ∆Н° isp, което е лесно за разбиране, тъй като преходът от твърдо към течно състояние е придружен от по-малко прекъсване на междумолекулното привличане, отколкото преходът от течно в газообразно състояние.

Редица други важни свойства на течностите са по-близки до свойствата на газовете. И така, подобно на газовете, течностите могат да текат - това свойство се нарича течливост. Устойчивостта на течливост се определя от вискозитета. Течливостта и вискозитетът се влияят от силите на привличане между течните молекули, тяхното относително молекулно тегло и редица други фактори. Вискозитетът на течностите е ~100 пъти по-голям от този на газовете. Точно като газовете, течностите могат да дифундират, макар и много по-бавно, тъй като течните частици са опаковани много по-плътно от частиците газ.

Едно от най-важните свойства на течността е нейното повърхностно напрежение (това свойство не е присъщо нито на газовете, нито на твърдите тела). Една молекула в течност е равномерно въздействана от междумолекулни сили от всички страни. На повърхността на течността обаче балансът на тези сили се нарушава и в резултат на това „повърхностните“ молекули се оказват под въздействието на определена резултатна сила, насочена към течността. Поради тази причина повърхността на течността е в състояние на напрежение. Повърхностното напрежение е минималната сила, която ограничава движението на течните частици в дълбочината на течността и по този начин предпазва повърхността на течността от свиване. Това е повърхностното напрежение, което обяснява "капковидната" форма на свободно падащите течни частици.

Поради запазването на обема, течността е в състояние да образува свободна повърхност. Такава повърхност е интерфейсът между фазите на дадено вещество: от едната страна има течна фаза, от другата има газообразна фаза (пара) и, вероятно, други газове, например въздух. Ако течната и газообразната фаза на едно и също вещество влязат в контакт, възникват сили, които се стремят да намалят повърхността на интерфейса - сили на повърхностно напрежение. Интерфейсът се държи като еластична мембрана, която има тенденция да се свива.

Повърхностното напрежение може да се обясни с привличането между течните молекули. Всяка молекула привлича други молекули, стреми се да се „обгради“ с тях и следователно напуска повърхността. Съответно повърхността има тенденция да намалява. Следователно сапунените мехурчета и мехурчетата са склонни да приемат сферична форма при кипене: за даден обем една сфера има минималната повърхност. Ако върху течността действат само сили на повърхностно напрежение, тя задължително ще придобие сферична форма - например водни капки при нулева гравитация.

Малки предмети с плътност, по-голяма от тази на течността, могат да „плуват“ на повърхността на течността, тъй като силата на гравитацията е по-малка от силата, която предотвратява увеличаването на повърхността.

Намокрянето е повърхностно явление, което възниква, когато течност влезе в контакт с твърда повърхност в присъствието на пара, тоест на границите на три фази. Намокрянето характеризира "залепването" на течност към повърхността и разпространението върху нея (или, обратно, отблъскване и неразпръскване). Има три случая: ненамокряне, ограничено намокряне и пълно намокряне.

Смесимостта е способността на течностите да се разтварят една в друга. Пример за смесими течности: вода и етилов алкохол, пример за несмесими течности: вода и течно масло.

Когато в един съд има две смесени течности, молекулите в резултат на топлинно движение започват постепенно да преминават през границата и по този начин течностите постепенно се смесват. Това явление се нарича дифузия (среща се и при вещества в други агрегатни състояния).

Течността може да се нагрее над нейната точка на кипене, така че да не настъпи кипене. Това изисква равномерно нагряване, без значителни промени в температурата в обема и без механични влияния като вибрации. Ако хвърлите нещо в прегрята течност, то моментално ще заври. Прегрятата вода се получава лесно в микровълновата.

Преохлаждането е охлаждането на течност под нейната точка на замръзване, без да се превръща в твърдо агрегатно състояние. Както при прегряването, преохлаждането изисква липса на вибрации и значителни температурни промени.

Ако преместите част от повърхността на течността от равновесно положение, тогава под действието на възстановяващи сили повърхността започва да се движи обратно в равновесно положение. Това движение обаче не спира, а се превръща в осцилаторно движение близо до равновесното положение и се разпространява в други области. Така се появяват вълни на повърхността на течността.

Ако възстановяващата сила е предимно гравитация, тогава такива вълни се наричат гравитационни вълни. Гравитационните вълни върху водата могат да се видят навсякъде.

Ако възстановяващата сила е предимно силата на повърхностното напрежение, тогава такива вълни се наричат капилярни. Ако тези сили са сравними, такива вълни се наричат капилярно-гравитационни вълни. Вълните на повърхността на течността се заглушават под въздействието на вискозитет и други фактори.

Формално погледнато, за равновесното съвместно съществуване на течна фаза с други фази на същото вещество - газообразни или кристални - са необходими строго определени условия. Така че при дадено налягане е необходима строго определена температура. Въпреки това, в природата и в технологията навсякъде течността съществува съвместно с пара или също с твърдо агрегатно състояние - например вода с пара и често с лед (ако разглеждаме парата като отделна фаза, присъстваща заедно с въздуха). Това се дължи на следните причини.

Неравновесно състояние. Отнема време, за да се изпари течността; докато течността се изпари напълно, тя съществува заедно с пара. В природата водата се изпарява постоянно, както и обратният процес – кондензация.

Затворен обем. Течността в затворен съд започва да се изпарява, но тъй като обемът е ограничен, налягането на парите се увеличава, тя се насища дори преди течността да се е изпарила напълно, ако количеството й е достатъчно голямо. Когато се достигне състояние на насищане, количеството изпарена течност е равно на количеството кондензирана течност, системата влиза в равновесие. По този начин в ограничен обем могат да се установят условията, необходими за равновесното съвместно съществуване на течност и пара.

Наличието на атмосферата в условията на земната гравитация. Една течност се влияе от атмосферното налягане (въздух и пара), докато за парата трябва да се вземе предвид почти само нейното парциално налягане. Следователно течността и парата над нейната повърхност съответстват на различни точки на фазовата диаграма, съответно в областта на съществуване на течната фаза и в областта на съществуване на газообразната фаза. Това не отменя изпарението, но изпарението изисква време, през което двете фази съществуват едновременно. Без това условие течностите биха кипнали и се изпарили много бързо.

2.1 Закон на Бернули -е следствие от закона за запазване на енергията за стационарен поток от идеална (т.е. без вътрешно триене) несвиваема течност:

Плътност на течността,

Дебит,

Височината, на която се намира въпросният течен елемент,

Налягането в точката в пространството, където се намира центърът на масата на разглеждания течен елемент,

Ускорение на гравитацията.

Обикновено се извиква константата от дясната страна налягане, или общо налягане, както и Интеграл на Бернули. Размерността на всички термини е единицата енергия за единица обем течност.

Тази връзка, получена от Даниел Бернули през 1738 г., е кръстена на него Уравнение на Бернули. За хоризонтална тръба ч= 0 и уравнението на Бернули приема формата:

Тази форма на уравнението на Бернули може да се получи чрез интегриране на уравнението на Ойлер за постоянен едномерен флуиден поток с постоянна плътност ρ:

Съгласно закона на Бернули общото налягане в постоянен флуиден поток остава постоянно по протежение на потока.

Общо наляганесе състои от тегло (ρ gh), статично (p) и динамично (ρν 2 /2) налягане.

От закона на Бернули следва, че когато напречното сечение на потока намалява, поради увеличаване на скоростта, тоест динамично налягане, статичното налягане пада. Това е основната причина за ефекта на Магнус. Законът на Бернули е валиден и за ламинарни газови потоци. Феноменът на намаляване на налягането с увеличаване на дебита е в основата на работата на различни видове разходомери (например тръба на Вентури), водни и пароструйни помпи. И последователното прилагане на закона на Бернули доведе до появата на техническа хидромеханична дисциплина - хидравлика.

Законът на Бернули е валиден в чист вид само за течности, чийто вискозитет е нула, т.е. течности, които не се придържат към повърхността на тръбата. Всъщност експериментално е установено, че скоростта на течност върху повърхността на твърдо тяло почти винаги е точно нула (освен в случай на отделяне на струя при някои редки условия).

2.2 Закон на Паскал се формулира по следния начин:

Налягането, упражнявано върху течност (или газ) във всяко едно място на нейната граница, например от бутало, се предава без промяна до всички точки на течността (или газа).

Основното свойство на течностите и газовете- предава налягане без промяна във всички посоки - формира основата на дизайна на хидравлични и пневматични устройства и машини.

Колкото пъти площта на едно бутало е по-голяма от площта на другото, толкова пъти хидравличната машина произвежда печалба в сила.

2.3 Ламинарен поток(лат. ламина- плоча, лента) - поток, при който течност или газ се движат на слоеве без смесване и пулсации (т.е. произволни бързи промени в скоростта и налягането).

Ламинарният поток е възможен само до определена критична стойност на числото на Рейнолдс, след което става турбулентен. Критичната стойност на числото на Рейнолдс зависи от конкретния тип поток (поток в кръгла тръба, поток около топка и т.н.). Например за поток в кръгла тръба

Числото на Рейнолдс се определя от следната връзка:

ρ - плътност на средата, kg/m 3 ;

v- характерна скорост, m/s;

Л- характерен размер, m;

η - динамичен вискозитет на средата, N*s/m2;

ν - кинематичен вискозитет на средата, m 2 /s();

Q- обемен дебит;

А- площ на напречното сечение на тръбата.

Числото на Рейнолдс като критерий за прехода от ламинарен към турбулентен поток и обратно работи относително добре за потоци под налягане. При преминаване към течения със свободен поток преходната зона между ламинарен и турбулентен режим се увеличава и използването на числото на Рейнолдс като критерий не винаги е валидно. Например, в резервоарите формално изчислените стойности на числото на Рейнолдс са много високи, въпреки че там се наблюдава ламинарен поток.

2.4 Уравнениеили Закон на Поазей- закон, който определя потока на течността по време на постоянен поток на вискозна несвиваема течност в тънка цилиндрична тръба с кръгло напречно сечение.

Съгласно закона вторият обемен дебит на течността е пропорционален на спада на налягането на единица дължина на тръбата (градиент на налягането в тръбата) и четвъртата степен на радиуса (диаметъра) на тръбата:

Q- поток на течност в тръбопровода;
д- диаметър на тръбопровода;
v- скоростта на течността по тръбопровода;
r- разстояние от оста на тръбопровода;
Р- радиус на тръбопровода;
стр 1 − стр 2 - разлика в налягането на входа и изхода на тръбата;
η - вискозитет на течността;
Л- дължина на тръбата.

Законът на Поазей работи само за ламинарен поток и при условие, че дължината на тръбата надвишава така наречената дължина на началния участък, необходима за развитието на ламинарен поток в тръбата.

Потокът на Поазей се характеризира с параболично разпределение на скоростта по радиуса на тръбата. Във всяко напречно сечение на тръбата средната скорост е половината от максималната скорост в този участък.

2.5 Tбурен Tпоток (от латински turbulentus - бурен, безпорядъчен), форма на поток от течност или газ, при който техните елементи извършват хаотични, нестабилни движения по сложни траектории, което води до интензивно смесване между слоевете на движеща се течност или газ (виж Турбулентност) . Най-подробни изследвания са проведени върху термични флуиди в тръби, канали и гранични слоеве около твърди тела, обтичащи течност или газ, както и т.нар. свободни топлинни потоци - струи, събуждания зад твърди тела, движещи се спрямо течност или газ, и зони на смесване между потоци с различни скорости, които не са разделени от частици. плътни стени. T. t. се различават от съответните ламинарни потоци както в тяхната сложна вътрешна структура (фиг. 1), така и в разпределението на средната скорост по напречното сечение на потока и интегралните характеристики - зависимостта на средната по напречното сечение или макс. скорост, дебит, както и коеф. съпротивление от числото на Рейнолдс Re. Профилът на средната скорост на топлинната енергия в тръби или канали се различава от параболичния. профил на съответния ламинарен поток с по-бързо увеличаване на скоростта по стените и по-малка кривина в центъра. части от потока (фиг. 2). С изключение на тънък слой близо до стената, профилът на скоростта се описва от логаритмичен закон (т.е. скоростта зависи линейно от логаритъма на разстоянието до стената). Коефициент на съпротивление:

Напрежение от триене на стената,
- плътност на течността,
- неговата скорост, средна за напречното сечение на потока) е свързана с Re чрез отношението

Профил на средната скорост: а - за ламинарен поток, 6 - за турбулентен поток.

3.1 Измерване на вискозитета на флуида .

Кинематичният вискозитет е мярка за потока на резистивен флуид под въздействието на гравитацията. Когато две течности с еднакъв обем се поставят в еднакви капилярни вискозиметри и текат под действието на гравитацията, вискозната течност отнема повече време, за да изтече през капиляра. Ако на един флуид са необходими 200 секунди, за да изтече, а на друг са необходими 400 секунди, вторият флуид е два пъти по-вискозен от първия по скалата на кинематичния вискозитет.

Абсолютният вискозитет, понякога наричан динамичен или прост вискозитет, е продукт на кинематичен вискозитет и плътност на течността:
Абсолютен вискозитет = Кинематичен вискозитет * Плътност
Размерът на кинематичния вискозитет е L 2 /T, където L е дължината и T е времето). SI ЕДИНИЦА за кинематичен вискозитет е 1 cSt (сантистокс)=mm 2 /s. Абсолютният вискозитет се изразява в сантипоази (cPoise). SI ЕДИНИЦАТА за абсолютен вискозитет е милипаскал-секунда 1 mPa*s = 1 cPoise.

Устройство за измерване на вискозитет се нарича вискозиметър. Вискозиметрите могат да бъдат класифицирани в три основни типа:

А. Капилярните вискозиметри измерват потока на фиксиран обем течност през малък отвор при контролирана температура. Скоростта на срязване може да бъде измерена от приблизително нула до 106 s -1 чрез заместване на диаметъра на капиляра и приложеното налягане. Видове капилярни вискозиметри и техните режими на работа:
Стъклен капилярен вискозиметър (ASTM D 445) - Течността преминава през отвор с определен диаметър под въздействието на гравитацията. Скоростта на срязване е по-малка от 10 s -1 . Кинематичният вискозитет на всички автомобилни масла се измерва с капилярни вискозиметри.
Капилярен вискозиметър за високо налягане (ASTM D 4624 и D 5481) - Фиксиран обем течност се изтласква през капилярна тръба със стъклен диаметър под въздействието на приложено газово налягане. Скоростта на срязване може да се променя до 106 s -1 . Тази техника обикновено се използва за симулиране на вискозитета на двигателните масла в работещи основни лагери. Този вискозитет се нарича вискозитет при висока температура и високо срязване (HTHS) и се измерва при 150°C и 106 s -1 . HTHS вискозитетът също се измерва чрез симулатор на конусен лагер, ASTM D 4683 (виж по-долу).

б. Ротационните вискозиметри използват въртящ момент върху въртящ се вал, за да измерват съпротивлението на течността срещу потока. Ротационните вискозиметри включват симулатора на студено завъртане (CCS), миниротационен вискозиметър (MRV), вискозиметър на Брукфийлд и симулатор на конусен лагер (TBS). Скоростта на срязване може да се промени чрез промяна на размерите на ротора, разстоянието между ротора и стената на статора и скоростта на въртене.
Симулатор на студено валцуване (ASTM D 5293) - CCS измерва привидния вискозитет в диапазона от 500 до 200 000 cPoise. Скоростта на срязване варира между 104 и 105 s -1 . Нормалният работен температурен диапазон е от 0 до -40°C. CCS показа отлична корелация със стартирането на двигателя при ниски температури. Класификацията на вискозитета SAE J300 определя нискотемпературната ефективност на вискозитета на моторните масла в границите на CCS и MRV.

Мини ротационен вискозиметър (ASTM D 4684) – MRV тестът, който е свързан с механизма за изпомпване на масло, е измерване на ниска скорост на срязване. Основната характеристика на метода е бавната скорост на охлаждане на пробата. Пробата е подготвена да има специфична термична история, която включва цикли на нагряване, бавно охлаждане и инфилтрация. MRV измерва видимото остатъчно напрежение, което, ако е по-голямо от прагова стойност, показва потенциален проблем с повреда на помпата, свързан с проникване на въздух. Над определен вискозитет (понастоящем дефиниран като 60 000 cPoise за SAE J 300), маслото може да причини неизпомпваемост чрез механизъм, наречен "ефект на ограничен поток". SAE 10W масло, например, трябва да има максимален вискозитет от 60 000 cPoise при -30°C без остатъчен стрес. Този метод също така измерва привидния вискозитет при скорости на срязване от 1 до 50 s -1 .
Вискозиметър на Brookfield - определя вискозитета в широк диапазон (от 1 до 105 Poise) при ниски скорости на срязване (до 102 s -1).
ASTM D 2983 се използва основно за определяне на нискотемпературния вискозитет на масла за автомобилни предавки, масла за автоматични трансмисии, хидравлични масла и масла за трактори. Тестовата температура варира от -5 до -40°C.
ASTM D 5133, сканиращият метод на Brookfield, измерва вискозитета на Brookfield на проба при охлаждане с постоянна скорост от 1°C/час. Подобно на MRV, ASTM D 5133 е проектиран да определя изпомпваемостта на маслото при ниски температури. Този тест определя точката на нуклеация, дефинирана като температурата, при която пробата достига вискозитет от 30 000 cPoise. Индексът на структурообразуване също се определя като най-високата скорост на нарастване на вискозитета от -5°C до най-ниската температура на изпитване. Този метод се използва за моторни масла и се изисква от ILSAC GF-2. Симулатор на конусни лагери (ASTM D 4683) – Тази техника също така позволява измерване на вискозитета на двигателните масла при висока температура и висока скорост на срязване (вижте Капилярен вискозиметър при високо налягане). Постигат се много високи скорости на срязване поради изключително малката междина между ротора и стената на статора.

Индексът на вискозитет (VI) е емпирично число, показващо степента на промяна във вискозитета на масло в даден температурен диапазон. Висок VI означава относително малка промяна във вискозитета с температура, а нисък VI означава голяма промяна на вискозитета с температура. Повечето минерални базови масла имат VI между 0 и 110, но VI на всесезонните масла често надвишава 110.
За да се определи индексът на вискозитет, е необходимо да се определи кинематичният вискозитет при 40°C и 100°C. След това VI се определя от таблици съгласно ASTM D 2270 или ASTM D 39B. Тъй като VI се определя от вискозитета при 40°C и 100°C, той не е свързан с ниска температура или HTHS вискозитет. Тези стойности са получени с помощта на CCS, MRV, нискотемпературен вискозиметър на Brookfield и вискозиметри с висока скорост на срязване.
SAE не използва IV за класифициране на моторни масла от 1967 г., тъй като терминът е технически остарял. Въпреки това API 1509 на Американския петролен институт описва система за класифициране на базови масла, използвайки VI като един от няколко параметъра, за да осигури принципи за взаимозаменяемост на маслата и универсализиране на вискозитетната скала.

3.2. Измерване на обем и поток на течност.

За измерване на потока на течности се използват разходомери на различни принципи на работа: разходомери с променливо и постоянно диференциално налягане, променливо ниво, електромагнитни, ултразвукови, вихрови, термични и турбинни.

За измерване на количеството на дадено вещество се използват разходомери с интегратори или броячи. Интеграторът непрекъснато обобщава показанията на инструмента, като количеството на веществото се определя от разликата в показанията му за необходимия период от време.

Измерването на потока и количеството е сложна задача, тъй като показанията на инструмента се влияят от физическите свойства на измерваните потоци: плътност, вискозитет, съотношение на фазите в потока и т.н. Физическите свойства на измерените потоци от своя страна зависят от работните условия , главно на температура и налягане.

Ако условията на работа на разходомера се различават от условията, при които е бил калибриран, тогава грешката в показанията на устройството може значително да надвиши допустимата стойност. Следователно за устройствата, произведени в търговската мрежа, се установяват ограничения върху обхвата на тяхното приложение: според свойствата на измерения поток, максималната температура и налягане, съдържанието на твърди частици или газове в течността и др.

Разходомери с променливо налягане

Работата на тези разходомери се основава на появата на разлика в налягането в стеснителното устройство в тръбопровода, когато поток от течност или газ се движи през него. Когато скоростта на потока Q се промени, стойността на този спад на налягането?р също се променя.

За някои ограничителни устройства като диференциални преобразуватели поток-налягане, коефициентът на предаване се определя експериментално и неговите стойности се обобщават в специални таблици. Такива устройства за стесняване се наричат стандартни.

Най-простото и най-често срещано ограничително устройство е диафрагмата.Стандартната диафрагма е тънък диск с кръгъл отвор в центъра. Неговият коефициент на предаване значително зависи от съпротивлението на диафрагмата и особено от входния ръб на отвора. Следователно диафрагмите са направени от материали, които са химически устойчиви на измерваната среда и устойчиви на механично износване. В допълнение към диафрагмата, дюзите на Вентури и тръбите на Вентури също се използват като стандартни ограничителни устройства, които създават по-малко хидравлично съпротивление в тръбопровода.

Устройството с отвор на разходомера за диференциално налягане с променливо налягане е първичен преобразувател, в който потокът се преобразува в диференциално налягане.

Диференциалните манометри служат като междинни преобразуватели за диференциални разходомери с променливо налягане. Диференциалните манометри са свързани към стеснителното устройство чрез импулсни тръби и са монтирани в непосредствена близост до него. Следователно диференциалните разходомери с променливо налягане обикновено използват диференциални манометри, оборудвани с междинен преобразувател за предаване на резултатите от измерването към панела на оператора (например мембранни манометри за диференциално налягане DM).

Точно както при измерване на налягане и ниво, разделителните съдове и диафрагмените уплътнения се използват за защита на диференциалните манометри от агресивното въздействие на измерваната среда.

Характеристика на първичните преобразуватели на разходомери с променлива разлика в налягането е квадратичната зависимост на разликата в налягането от дебита. За да може показанията на разходомера да зависят линейно от дебита, в измервателната верига на разходомери с променливо налягане се въвежда линеаризиращ преобразувател. Такъв преобразувател е например линеаризиращият блок в междинния преобразувател NP-PZ. Когато диференциалният манометър е директно свързан към измервателно устройство (например измервателно устройство), линеаризацията се извършва в самото устройство, като се използва шаблон с квадратична характеристика.

Разходомери за постоянно диференциално налягане

Потокът на течност или газ може също да бъде измерен при постоянна разлика в налягането. За да се поддържа постоянен спад на налягането, когато скоростта на потока през ограничителното устройство се промени, е необходимо автоматично да се промени площта на неговия участък на потока. Най-простият начин е автоматично да промените площта на потока в ротаметъра.

Ротаметърът е вертикална конична тръба, съдържаща поплавък. Измереният поток Q, преминаващ през ротаметъра отдолу нагоре, създава разлика в налягането преди и след поплавъка. Тази разлика в налягането на свой ред създава повдигаща сила, която балансира теглото на поплавъка.

Ако скоростта на потока през ротаметъра се промени, спадът на налягането също ще се промени. Това ще доведе до промяна в силата на повдигане и следователно до дисбаланс на поплавъка. Поплавъкът ще започне да се движи. И тъй като тръбата на ротаметъра е конична, площта на потока в пролуката между поплавъка и тръбата ще се промени, което ще доведе до промяна в падането на налягането и следователно в силата на повдигане. Когато спадът на налягането и повдигането се върнат към предишните си стойности, поплавъкът ще се уравновеси и ще спре.

Така всеки дебит през ротаметъра Q съответства на определена позиция на поплавъка. Тъй като за конична тръба площта на пръстеновидната междина между нея и поплавъка е пропорционална на височината на нейното издигане, скалата на ротаметъра е еднаква.

Индустрията произвежда ротаметри със стъклени и метални тръби. При ротаметрите със стъклена тръба скалата се отпечатва директно върху повърхността на тръбата. За дистанционно измерване на позицията на поплавък в метална тръба се използват междинни преобразуватели на линейно преместване в единен електрически или пневматичен сигнал.

В ротаметрите с електрически изходен сигнал буталото на преобразувателя на диференциалния трансформатор се движи заедно с поплавъка. Ротаметрите с пневматичен изходен сигнал използват магнитен съединител за предаване на плаващата позиция към трансмитера. Състои се от два постоянни магнита. Единият - двоен - се движи с поплавъка, другият, монтиран на лоста на преобразувателя на обема в налягане на сгъстен въздух, се движи заедно с лоста след първия магнит.

Произвеждат се и ротаметри за измерване на потока на силно агресивни среди. Ротаметрите са оборудвани с кожух за парно нагряване. Те са проектирани да измерват скоростта на потока на кристализираща среда.

Разходомери с променливо ниво

От хидравликата е известно, че ако течността тече свободно през отвор в дъното на резервоара, тогава нейният дебит Q и нивото в резервоара H са взаимосвързани. Следователно по нивото в резервоара може да се съди за потока от него.

Работата на разходомери с променливо ниво се основава на този принцип. Очевидно ролята на първичен конвертор тук играе самият резервоар с дупка в дъното. Изходният сигнал на такъв преобразувател е нивото в резервоара. Следователно всеки от разглежданите нивомери може да служи като междинен преобразувател на измервателната верига на разходомер с променливо ниво.

Разходомери с променливо ниво обикновено се използват за измерване на потока на агресивни и замърсени течности, когато те се източват в контейнери под атмосферно налягане.

Електромагнитни разходомери

Работата на електромагнитните разходомери се основава на закона за електромагнитната индукция, според който се индуцира емисия в проводник, движещ се в магнитно поле. d.s, пропорционална на скоростта на движение на проводника. При електромагнитните разходомери ролята на проводник играе електропроводима течност, която протича през тръбопровод 1 и пресича магнитното поле 3 на електромагнит 2. В този случай в течността ще се индуцира емисия. д.с. U, пропорционална на скоростта на нейното движение, т.е. потокът на течността.

Изходният сигнал на такъв първичен преобразувател се измерва от два изолирани електрода 4 и 6, монтирани в стената на тръбопровода. Участъкът на тръбопровода от двете страни на електродите е покрит с електрическа изолация 7, за да се предотврати шунтирането на индуцираното електричество. д.с. през течността и стената на тръбопровода.

Степента на агресивност на измерваната среда за електромагнитни разходомери се определя от изолационния материал на тръбата и електродите на първичния преобразувател. Разходомерите използват за тази цел гума, киселиноустойчив емайл и флуоропласт. Най-устойчивият на агресивни среди е разходомерът с флуоропластично изолационно покритие и електроди, изработени от графитиран флуоропласт.

По време на работа на разходомери, нулата и калибрирането на устройството трябва да се проверяват периодично, поне веднъж седмично. За проверка първичният преобразувател се пълни с течността, която се измерва. След това превключвателят за режим на работа на лицевия панел на измервателния уред се премества в позиция „Измерване” и с потенциометъра „Нула” стрелката на измервателния уред се поставя на нулева позиция. Когато превключвателят се премести в положение „Калибриране“, стрелката на инструмента трябва да спре на 100%. В противен случай стрелката се премества до тази маркировка с помощта на потенциометъра „Калибриране“.

Отличителна черта на електромагнитните разходомери е липсата на допълнителни загуби на налягане в зоната. измервания. Това се дължи на липсата на части, стърчащи в тръбата. Особено ценно свойство на такива разходомери, за разлика от други видове разходомери, е възможността за измерване на потока на агресивни, абразивни и вискозни течности и пулпи.

Ултразвукови разходомери

Работата на тези разходомери се основава на сумирането на скоростта на разпространение на ултразвука в течност и скоростта на самия поток на течността. Излъчвателят и приемникът на ултразвукови импулси на разходомера са разположени в краищата на измервателния участък на тръбопровода. Електронният блок съдържа импулсен генератор и времемер за импулса за изминаване на разстоянието между излъчвателя и приемника.

Преди работа разходомерът се пълни с течност, чийто поток ще се измерва и се определя времето, необходимо на импулса да измине това разстояние в застояла среда. Когато потокът се движи, неговата скорост ще се увеличи със скоростта на ултразвука, което ще доведе до намаляване на времето за пътуване на импулса. Това време, преобразувано в блока в единен токов сигнал, ще бъде по-малко, колкото по-голям е дебитът, т.е. колкото по-голям е неговият дебит Q.

Ултразвуковите разходомери имат същите предимства като електромагнитните разходомери и освен това могат да измерват потока на непроводими течности.

Вихрови разходомери

Работата на такива разходомери се основава на феномена на появата на вихри, когато потокът се срещне с блъфово тяло. По време на работа на разходомера, вихрите се отделят последователно от противоположните страни на тялото, разположено напречно на движението на потока. Честотата на отделяне на вихъра е право пропорционална на скоростта на потока, т.е. неговия обемен дебит Q. В точката на вихъра скоростта на потока се увеличава и налягането намалява. Следователно честотата на образуване на вихри може да бъде измерена например с манометър, чийто електрически изходен сигнал се подава към честотомер.

Термични разходомери

Термичният разходомер се състои от нагревател 1 и два температурни сензора 2 и 3, които са монтирани извън тръбата 4 с измервания поток. При постоянна мощност на нагревателя, количеството топлина, взето от него от потока, също ще бъде постоянно. Следователно, с увеличаване на дебита Q, нагряването на потока ще намалее, което се определя от температурната разлика, измерена от температурни сензори 3 и 2. За измерване на високи дебити не се измерва целият поток Q, а само част от него Q1, който преминава през тръба 4. Тази тръба заобикаля участък от тръбопровод 5, снабден с дросел 6. Напречното сечение на потока на дросела определя горната граница на диапазона на измерените дебити: колкото по-голямо е това напречно секция, толкова по-високи дебити могат да бъдат измерени (при същата мощност на нагревателя).

Турбинни разходомери

При такива разходомери измереният поток задвижва турбина, въртяща се в лагери. Скоростта на въртене на турбината е пропорционална на скоростта на потока, т.е. скоростта на потока Q. За измерване на скоростта на въртене на турбината тялото й е направено от немагнитен материал. Извън корпуса е монтиран диференциален трансформаторен преобразувател, а на една от лопатките на турбината е направен ръб от феромагнитен материал. Когато това острие премине покрай преобразувателя, неговото индуктивно съпротивление се променя и напрежението на вторичните намотки U out се променя с честота, пропорционална на дебита Q. Измервателното устройство на такъв разходомер е честотомер, който измерва честотата на промените на напрежението.

Скоростомери

Тези измервателни уреди са подобни по конструкция на турбинните разходомери. Разликата между тях е, че разходомерите измерват скоростта на въртене на турбината, а броячите измерват броя на нейните обороти, който след това се преизчислява към количеството течност, преминало през измервателния уред през интересуващия ни интервал от време, за например месец.

1. Течно агрегатно състояние и неговите свойства.

2.1 Закон на Бернули.

2.2 Закон на Паскал.

2.3 Ламинарен поток на течности.

2.4 Закон на Пойзел.

2.5 Турбулентно течение на течности.

3.1 Измерване на вискозитета на течността.

3.2 Измерване на обем и дебит на течност

1. Течно агрегатно състояние и неговите свойства.

- плътност на флуида, - скорост на потока, - височина, на която се намира въпросният флуиден елемент,

Течните вещества са течни и приемат формата на съда, в който се намират. Молекулите са разположени непосредствено една до друга. Течността в условия на нулева гравитация ще приеме формата на кръгла капка.

Водата е единственото вещество, което се среща на Земята и в трите агрегатни състояния. Водната пара е част от атмосферата. Твърдият лед може да се види под формата на снежинки, под формата на слана, под формата на лед. Светът Океаните, повърхностните води на сушата и подземните води са пълни с течна вода.

Водата в човешкото тяло Без вода човек може да живее само 3 дни. 82% Съдържание на вода в тялото 79% 75% 72% 70% от възрастен: 77% 99% 92% G l o o e t e l a s m a e c l o v i d n p l s t a s a i h e r o v e l s k n c h e p e z a k o tsy we gk le ei rdc s e sh i e i chk poi no in sp g a n es ce n d m o m b e r z g 46%

Водният цикъл в природата Това е добре регулиран механизъм, който непрекъснато „изпомпва“ вода от океана към континентите и обратно, докато водата се пречиства. 453 000 km 3 вода се изпаряват от повърхността на Световния океан годишно, а валежите, падащи на Земята, са 525 000 km 3. Излишъкът се дължи на изпаряването на вода от други водни повърхности и транспирацията на влага от растенията.

Съдържание на вода в природата Водата е най-често срещаното вещество. Земята Запасите от вода на Земята са 1 милион 454 хиляди м3, от които 2,8% е прясна вода, 0,3% са достъпни за използване. Обем на водата: в Световния океан 1345 милиона км 3. на повърхността на Земята 1,39 х 1018 тона в атмосферата 1,3 х 1013 тона.

Консумация на вода Консумация на вода за производство: 1 тон химически влакна 2000 m 3 1 тон хартия 900 m 3 1 тон стомана 120 m 3 1 тон ориз 4000 m 3 С такива отпадъци водните запаси неумолимо пресъхват. Вече 60% от цялата земна повърхност е заета от зони, страдащи от липса или липса на прясна вода.

Потребление на вода Потребността от питейна вода на жител на голям град е около 8 литра на ден, като дневно се консумират 175 литра вода за всички сфери на живота. готвене поливане на растения миене на чинии пране пране пускане на водата в тоалетната 5% 7% 9% 14% 29% 4 0%

Твърдостта на водата е съдържанието на калциеви и магнезиеви йони във водата. Недостатъци на твърдата вода: § Сапунът не се пени § При пране на дрехи се увеличава консумацията на прах § Косите се разцепват § Месото и зърнените храни са лошо обработени. 2 RCOO + Ca 2+ → (RCOO)2 Ca ↓

Кристални вещества Истински твърдите тела са кристалите, една от характерните черти на които е редовността на появата им.

Кристални вещества Общи свойства: § Запазване на формата и обема. § Наличие на постоянна температура на топене. § Подредена вътрешна структура. Drusus morion Разтопена стомана

ВЕЩЕСТВА само от неметали йонни кр. реши (Si. O 2; Si. O 2 n. H 2 O) Атомен кристал. реши неметални молекулни кристали. реши (B, C, Si, Ge, As, Se, Te) прост атомен кристал. реши метален молекулярен кристал. реши метален ръб реши Кристални вещества сложни метал + неметал

Кристални вещества алуминий § § § пластичност пластичност електропроводимост топлопроводимост метален блясък ВЕЩЕСТВА С МЕТАЛНА КРИСТАЛНА РЕШЕТКА

Кристални вещества сяра нафталин § § § захар ниска твърдост ниска температура на топене летливост ВЕЩЕСТВА С МОЛЕКУЛНА КРИСТАЛНА РЕШЕТКА

Кристални вещества C диамант Si. O 2 планински кристал § § твърди, издръжливи, огнеупорни, практически неразтворими ВЕЩЕСТВА С АТОМНА КРИСТАЛНА РЕШЕТКА

Кристални вещества Полиморфизмът е наличието на различни кристални структури в едно и също вещество. Схеми на структурата на различни модификации на въглерод: а: диамант; b: графит; c: лонсдейлит; d: фулерен - buckyball C 60; e: фулерен C 540; f: фулерен C 70 g: аморфен въглерод, ; h: въглеродна нанотръба

Кристални вещества Анизотропията (от др.гръцки ἄνισος - неравномерно и τρόπος - посока) е зависимостта на физичните свойства от посоката вътре в кристала. обработена слюда Анизотропията е по-изразена в единичните кристали.

Кристални вещества ПОЛИКРИСТАЛИТЕ са твърди вещества, състоящи се от голям брой малки кристали. Si. O 2 планински кристал (кварц) аметист (кварц) Изотропия (от др. гръцки ί σος „равен, идентичен, подобен“ + τρόπος „завой; характер“) - едни и същи физически свойства във всички посоки.

Кристални вещества аскорбинова киселина и захароза витамин А сплав от титан и алуминий дамаска стомана Снимките са направени с помощта на електронен микроскоп и нанотехнология.

Кристални вещества МЕГАКРИСТАЛИ Селенитът е вид гипс. Тези кристали са най-големите в света. Най-големите от тях достигат дължина до 15 м и тежат 50 -60 тона.

Проверете себе си! При нагряване топката, изработена от единичен кристал, може да промени не само обема си, но и формата си. Защо? Отговор: Поради анизотропията кристалите се разширяват неравномерно при нагряване.

Проверете себе си! „Снегът изскърца под краката, което означава, че сланата става по-силна“, често казвате. Защо снегът скърца под краката? Отговор: При силен студ снежинките не се топят под тежестта на краката, а се счупват. Всяка снежинка издава много слаб, почти незабележим звук. Но ако стъпим на много хиляди снежинки наведнъж, тогава едва доловимите звуци се сливат в силен скърцащ звук.

Проверете себе си! Защо с течение на времето на повърхността на галванизираното желязо се появяват шарки? Отговор: Моделите се появяват поради кристализацията на цинка.

Аморфните вещества (от гръцки amorphos - безформен, a - отрицателна частица и morphe - форма) - могат да бъдат твърди на външен вид, но по структура те са течности.

Аморфни вещества § Молекулите в аморфните тела са подредени произволно. § Няма постоянна точка на топене, с повишаване на температурата те омекват. § При ниски температури те се държат като кристални тела, а при високи температури се държат като течности. кристална структура аморфна структура

Аморфни вещества Преход на аморфни тела в кристална сяра пластична сяра кристална Аморфното състояние на веществата е нестабилно и рано или късно те преминават от това състояние в кристално.

Аморфни вещества Преминаване на аморфни тела в кристална дъвка нова използвана дъвка Времето за преминаване на аморфното състояние в кристално състояние може да варира. За някои вещества е няколко години.

Аморфни вещества Преминаване на аморфни тела в кристални = Замразеният твърд мед се захаросва по същия начин, както се захаросва стъкловидният карамел при продължително съхранение.

полимери Полимерите са съединения с високо молекулно тегло, чиито молекули се състоят от голям брой редовно и неравномерно повтарящи се еднакви или различни единици. поливинил хлорид

полимери В зависимост от структурата на макромолекулите се разграничават линейни, разклонени (или присадени) и пространствени полимери. пространствена структура линейна структура разклонена структура

полимери Полимери Кристални Аморфни (кристални области по-малко от 25%) (кристални области повече от 75%) Аморфно-кристални (кристални области 25 -75%)

полимери ПОЛИМЕРИ С АМОРФНА СТРУКТУРА: § с произволно взаимно разположение на макромолекулите; § имат еднакви физични и механични свойства във всички посоки; § характеризира се с ниска леярска свиваемост, прозрачност (като правило), средна химическа и износоустойчивост и високо повърхностно триене; § повечето полимери, често срещани в индустрията, са аморфни; § имат РАЗХОЛОВЕНА молекулярна структура.

полимери ПОЛИМЕРИ С КРИСТАЛНА СТРУКТУРА: § имат подредено разположение на макромолекулите, плътност на тяхното опаковане; § имат повишена топлоустойчивост, висока якост, твърдост и плътност, ниска еластичност; § способни да се деформират, имат ниско повърхностно триене, повишена химическа устойчивост и голямо свиване; § имат ЛИНЕЙНА молекулярна структура.

полимери ПОЛИЕТИЛЕН С НИСКО НАЛЯГАНЕ Полиетиленът с ниска плътност, в чиито главни вериги има множество разклонения, може да съдържа до 70% от аморфната фаза.

полимери АМОРФНОСТТА е ценно качество на полимерите, тъй като определя тяхното технологично свойство като термопластичност. Благодарение на своята аморфна природа, полимерът може да бъде изтеглен в най-тънката нишка, превърнат в прозрачен филм или излят в продукт с най-сложна форма.

Твърди точки / изводи / „В света няма нищо абсолютно, освен съществуването или несъществуването. Всичко останало е изчислимо и относително“. Клод Адриан Хелвеций

речник 1. Твърдите вещества са кристални вещества, една от характерните особености на които е редовността на появата им. 2. Аморфни тела са тела, които могат да бъдат твърди на външен вид, но по структура принадлежат към течности. 3. Монокристали – единични кристали. 4. Поликристалите са твърди вещества, състоящи се от голям брой малки кристали. 5. Полимерите са съединения с високо молекулно тегло, чиито молекули се състоят от голям брой редовно и неравномерно повтарящи се еднакви или различни звена. 6. Аморфни - полимери с по-малко от 25% кристални участъци. 7. Кристални – полимери с повече от 75% кристални участъци. 8. Аморфно-кристални - полимери с 25-75% кристални участъци. 9. Термопластичност – свойството на полимерите обратимо да се втвърдяват и размекват. 10. Анизотропията е зависимостта на физичните свойства от посоката вътре в кристала. 11. Изотропия – еднакви физични свойства във всички посоки.

В ежедневието постоянно се сблъскваме с три състояния на материята – течно, газообразно и твърдо. Имаме доста ясна представа какво представляват твърдите вещества и газовете. Газът е колекция от молекули, които се движат произволно във всички посоки. Всички молекули на твърдо вещество запазват своите относителни позиции. Те правят само незначителни колебания.

Свойства на течната материя

Какво представляват течните вещества? Основната им характеристика е, че заемайки междинно положение между кристалите и газовете, те съчетават определени свойства на тези две състояния. Например, течностите, подобно на твърдите вещества, се характеризират с наличието на обем. Но в същото време течните вещества, подобно на газовете, приемат формата на съда, в който се намират. Много от нас вярват, че нямат собствена форма. Обаче не е така. Естествената форма на всяка течност е сфера. Гравитацията обикновено не му позволява да приеме тази форма, така че течността или приема формата на контейнер, или се разпространява по повърхността в тънък слой.

Течното състояние на веществото е особено сложно по свойства, което се дължи на междинното му положение. Започва да се изучава още от времето на Архимед (преди 2200 години). Анализирането на това как се държат молекулите на течно вещество обаче все още е една от най-трудните области на приложната наука. Все още няма общоприета и напълно завършена теория за течностите. Все пак можем да кажем нещо съвсем определено за тяхното поведение.

Поведение на молекулите в течност

Течността е нещо, което може да тече. В подреждането на частиците му се наблюдава близък ред. Това означава, че местоположението на най-близките му съседи по отношение на всяка частица е подредено. Въпреки това, когато се отдалечава от другите, нейната позиция по отношение на тях става все по-малко подредена и след това редът изчезва напълно. Течностите са съставени от молекули, които се движат много по-свободно, отколкото в твърдите вещества (и още по-свободно в газовете). За известно време всеки от тях се втурва ту в едната, ту в другата посока, без да се отдалечава от съседите си. От време на време обаче течна молекула излиза от заобикалящата я среда. Тя се озовава в нещо ново, премества се на друго място. Тук отново за известно време тя прави трептящи движения.

Приносът на Я. И. Френкел към изследването на течностите

Я. И. Френкел, съветски учен, има голяма заслуга в разработването на редица проблеми, посветени на такава тема като течните вещества. Химията е напреднала значително благодарение на неговите открития. Той вярва, че топлинното движение в течности има следния характер. За определено време всяка молекула осцилира около равновесното си положение. Въпреки това, тя променя мястото си от време на време, премествайки се рязко на нова позиция, която е отделена от предишната на разстояние, приблизително колкото размера на самата тази молекула. С други думи, молекулите се движат в течността, но бавно. Част от времето стоят близо до определени места. Следователно тяхното движение е нещо като смесица от движения, извършвани в газ и в твърдо тяло. Колебанията на едно място след известно време се заменят със свободен преход от място на място.

Налягане на течността

Познаваме някои свойства на течните вещества поради постоянното взаимодействие с тях. Така от ежедневния опит знаем, че той действа върху повърхността на твърдите тела, които влизат в контакт с него с известни сили. Те се наричат сили

Например, когато леко отворим отвора на крана с пръст и пуснем водата, усещаме как тя притиска пръста ни. Неслучайно плувец, гмурнал се на голяма дълбочина, изпитва болки в ухото. Обяснява се с факта, че върху тъпанчето действат сили на натиск. Водата е течно вещество, така че притежава всичките си свойства. За да се измери температурата на водата в морската дълбочина, термометрите трябва да са много издръжливи, така че да не могат да бъдат смачкани от налягането на течността.

Това налягане се причинява от компресия, тоест промяна в обема на течността. Той има еластичност по отношение на тази промяна. Силите на натиск са еластични сили. Следователно, ако течност действа върху телата в контакт с нея, това означава, че тя е компресирана. Тъй като плътността на веществото се увеличава по време на компресия, можем да приемем, че течностите са еластични по отношение на промените в плътността.

Изпарение

Продължавайки да разглеждаме свойствата на течно вещество, преминаваме към изпаряване. В близост до повърхността му, както и директно в повърхностния слой, действат сили, които осигуряват самото съществуване на този слой. Те не позволяват на съдържащите се в него молекули да напуснат обема на течността. Някои от тях обаче, поради топлинно движение, развиват доста високи скорости, с помощта на които става възможно да се преодолеят тези сили и да се напусне течността. Ние наричаме това явление изпарение. Може да се наблюдава при всякаква температура на въздуха, но с повишаването й се увеличава интензивността на изпарението.

Кондензация

Ако молекулите, които са напуснали течността, се отстранят от пространството близо до нейната повърхност, тогава цялата тя в крайна сметка ще се изпари. Ако молекулите, които го напускат, не бъдат отстранени, те образуват пара. Когато молекулите на парата навлязат в зона близо до повърхността на течност, те се изтеглят в нея. Този процес се нарича кондензация.

Следователно, ако молекулите не бъдат отстранени, скоростта на изпаряване намалява с времето. Ако плътността на парите се увеличи допълнително, се достига до ситуация, при която броят на молекулите, напускащи течността за определено време, ще бъде равен на броя на молекулите, които се връщат в нея за същото време. Това създава състояние на динамично равновесие. Съдържащата се в него пара се нарича наситена. Неговото налягане и плътност нарастват с повишаване на температурата. Колкото по-високо е то, толкова повече течни молекули имат енергия, достатъчна за изпаряване и толкова по-голяма трябва да бъде плътността на парите, за да може кондензацията да е равна на изпарението.

кипене

Когато в процеса на нагряване на течните вещества се достигне температура, при която наситените пари имат същото налягане като външната среда, се установява равновесие между наситените пари и течността. Ако течността придаде допълнително количество топлина, съответната маса течност веднага се превръща в пара. Този процес се нарича кипене.

Кипенето е интензивно изпаряване на течност. Това се случва не само от повърхността, но засяга целия му обем. В течността се появяват мехурчета пара. За да се превърнат в пара от течност, молекулите трябва да придобият енергия. То е необходимо за преодоляване на силите на привличане, които ги задържат в течността.

Температура на кипене

Това е това, при което се наблюдава равенство на две налягания - външно и на наситени пари. Той се увеличава с увеличаване на налягането и намалява с намаляване на налягането. Поради факта, че налягането в течността се променя с височината на колоната, кипенето в нея се случва на различни нива при различни температури. Само тези, които се намират над повърхността на течността по време на процеса на кипене, имат определена температура. Определя се само от външен натиск. Това е, което имаме предвид, когато говорим за точка на кипене. Различава се за различните течности, което се използва широко в технологиите, по-специално при дестилацията на петролни продукти.

Скритата топлина на изпаряване е количеството топлина, необходимо за превръщане на изотермично определено количество течност в пара, ако външното налягане е същото като налягането на наситените пари.

Свойства на течните филми

Всички знаем как можете да получите пяна, като разтворите сапун във вода. Това не е нищо повече от множество мехурчета, които са ограничени от тънък слой течност. От пенообразуващата течност обаче може да се получи и отделен филм. Свойствата му са много интересни. Тези филми могат да бъдат много тънки: дебелината им в най-тънките части не надвишава една стохилядна от милиметъра. Въпреки това понякога са много издръжливи. Сапуненото фолио може да се деформира и разтяга, а струя вода може да премине през него, без да го разруши. Как да обясним такава стабилност? За да се появи филм, е необходимо да добавите вещества, които се разтварят в него, към чиста течност. Но не какви да е, а такива, които значително намаляват повърхностното напрежение.

Течни филми в природата и техниката

В техниката и природата срещаме предимно не отделни филми, а пяна, която е тяхната съвкупност. Често може да се наблюдава в потоци, където малки потоци попадат в спокойна вода. Способността на водата да се пени в този случай се свързва с наличието на органична материя в нея, която се отделя от корените на растенията. Това е пример как естествените течни вещества се пенят. Но какво да кажем за технологията? По време на строителството например се използват специални материали, които имат клетъчна структура, наподобяваща пяна. Те са леки, евтини, доста издръжливи и не провеждат звук или топлина добре. За да се получат, към специални разтвори се добавят вещества, които насърчават образуването на пяна.

Заключение

И така, разбрахме кои вещества се считат за течни, разбрахме, че течността е междинно състояние на вещество между газообразно и твърдо състояние. Следователно той има свойства, характерни и за двете. които днес се използват широко в технологиите и индустрията (например дисплеи с течни кристали) са ярък пример за това състояние на материята. Те съчетават свойствата на твърди вещества и течности. Трудно е да си представим какви течни вещества ще изобрети науката в бъдеще. Ясно е обаче, че в това състояние на материята има голям потенциал, който може да се използва в полза на човечеството.

Особен интерес при разглеждането на физикохимичните процеси, протичащи в течно състояние, се дължи на факта, че самият човек се състои от 90% вода, която е най-често срещаната течност на Земята. Именно в него протичат всички жизнени процеси както в растителния, така и в животинския свят. Ето защо е важно за всички нас да изучаваме течното състояние на материята.

В течно състояние разстоянието между частиците е много по-малко, отколкото в газообразно състояние. Частиците заемат по-голямата част от обема, като постоянно се докосват и привличат. Наблюдава се известно подреждане на частиците (късодействащ ред). Частиците са подвижни една спрямо друга.

В течностите между частиците възникват ван дер ваалсови взаимодействия: дисперсия, ориентация и индукция. Наричат се малки групи от частици, обединени от определени сили клъстери. В случай на еднакви частици се наричат клъстери в течност сътрудници

В течностите образуването на водородни връзки увеличава подреждането на частиците. Водородните връзки и ван дер Ваалсовите сили обаче са крехки - молекулите в течно състояние са в непрекъснато хаотично движение, което се нарича Брауново движение.

За течното състояние е валидно разпределението на Максуел-Болцман на молекулите по скорост и енергия.

Теорията на течностите е много по-малко развита от тази на газовете, тъй като свойствата на течностите зависят от геометрията и полярността на взаимно близко разположените молекули. Освен това липсата на специфична структура на течностите затруднява формалното им описание - в повечето учебници на течностите е отделено много по-малко място, отколкото на газовете и кристалните твърди тела.

Няма рязка граница между течности и газове - тя напълно изчезва критични точки. За всеки газ има известна температура, над която той не може да бъде течен при никакво налягане; с тази критичентемпература, границата (менискус) между течността и нейните наситени пари изчезва. Наличието на критична температура („абсолютна точка на кипене“) е установено от Д. И. Менделеев през 1860 г.

Таблица 7.2 - Критични параметри (t k, p k, V k) на някои вещества

вещество	t k, o C	p k, атм	Vc, cm3/mol	t се стопи o C	t kip o C
Той	-267,9	2,26	57,8	-271,4	-268,94
H 2	-239,9	12,8	65,0	-259,2	-252,77
N 2 2	-147,0	33,54	90,1	-210,01	-195,82
О 2 2	-118,4	50,1		-218,76	-182,97
CH 4	-82,1	45,8	99,0	-182,49	-161,58
CO2	+31,0	72,9	94,0	-56,16	-78,48 (под)
NH 3	132,3	111,3	72,5	-77,76	-33,43
Cl2	144,0	76,1		-101,0	-34,06
SO 2	157,5	77,8		-75,48	-10,02
H2O	374,2	218,1		0,0	100,0

Налягане на наситена пара– парциално налягане, при което скоростите на изпарение и кондензация на парата са равни:

където A и B са константи.

Температура на кипене– температурата, при която налягането на наситените пари на течност е равно на атмосферното налягане.

Течностите имат течливост– способност за движение под въздействието на малки срязващи сили; течността заема обема, в който е поставена.

Устойчивостта на флуида на течливост се нарича вискозитет,[Па. С].

Повърхностно напрежение[J/m 2 ] – работата, необходима за създаване на единица повърхност.

Състояние на течен кристал– веществата в течно състояние, които имат висока степен на подреденост, заемат междинно положение между кристалите и течността. Те имат течливост, но в същото време имат ред на дълги разстояния. Например, производни на кафява киселина, азолитини и стероиди.

Температура на изчистване– температурата, при която течните кристали (LC) преминават в нормално течно състояние.

7.5 Твърди вещества

В твърдо състояние частиците се приближават толкова близо една до друга, че между тях възникват силни връзки, няма постъпателно движение и вибрациите около тяхната позиция остават. Твърдите вещества могат да бъдат в аморфно или кристално състояние.

7.5.1 Вещества в аморфно състояние

В аморфно състояние веществата нямат подредена структура.

стъкленсъстояние - твърдо аморфно състояние на вещество, което се получава в резултат на дълбоко преохлаждане на течност. Това състояние не е в равновесие, но очилата могат да съществуват дълго време. Омекотяването на стъклото става в определен температурен диапазон - диапазонът на встъкляване, чиито граници зависят от скоростта на охлаждане. С увеличаване на скоростта на охлаждане на течност или пара, вероятността за получаване на това вещество в стъкловидно състояние се увеличава.

В края на 60-те години на 20 век са получени аморфни метали (метални стъкла) - за това е необходимо разтопеният метал да се охлади със скорост 10 6 - 10 8 deg/s. Повечето аморфни метали и сплави кристализират при нагряване над 300 o C. Едно от най-важните приложения е микроелектрониката (дифузионни бариери на интерфейса метал-полупроводник) и устройствата за магнитно съхранение (LCD глави). Последното се дължи на неговата уникална магнитна мекота (магнитната анизотропия е с два порядъка по-малка, отколкото в конвенционалните сплави).

Аморфни вещества изотропен, т.е. имат еднакви свойства във всички посоки.

7.5.2 Вещества в кристално състояние

Твърди кристаливеществата имат подредена структура с повтарящи се елементи, което им позволява да бъдат изследвани чрез рентгенова дифракция (метод на рентгенова дифракция, използван от 1912 г.).

Монокристалите (единичните съединения) се характеризират с анизотропия - зависимостта на свойствата от посоката в пространството.

Правилното подреждане на частиците в твърдото тяло е изобразено като кристална решетка. Кристалните вещества се топят при определена температура, т.нар точка на топене.

Кристалите се характеризират с енергия, константа на решетката и координационно число.

Постоянна решеткахарактеризира разстоянието между центровете на частиците, заемащи възли в кристала по посока на характеристичните оси.

Координационен номеробикновено се нарича броят на частиците, непосредствено съседни на дадена частица в кристал (вижте Фигура 7.2 - координационно число осем както за цезий, така и за хлор)

Енергия на кристалната решеткае енергията, необходима за унищожаване на един мол от кристал и отстраняване на частици извън границите на тяхното взаимодействие.

Фигура 7.2 - Структура на кристала на цезиев хлорид CsCl (a) и обемно-центрираната кубична единична клетка на този кристал (b)

7.5.3 Кристални структури

Най-малката структурна единица на кристала, която изразява всички свойства на неговата симетрия, е елементарна клетка.Когато клетките се повтарят многократно в три измерения, се получава кристална решетка.

Има седем основни клетки: кубични, тетраедрични, хексагонални, ромбоедрични, орто-ромбоедрични, моноклинни и триклинни. Има седем производни на основните единични клетки, например телецентрирана, кубична лицево-центрирана.

а - единична клетка от кристал NaCl; b - плътна гранецентрирана кубична опаковка на NaCl; c - обемно центрирана кубична опаковка на кристал CsCl Фигура 7.3 - Единична клетка

Изоморфни вещества– вещества с подобно химично естество, които образуват еднакви кристални структури: CaSiO 4 и MgSiO 4

Полиморфизъм– съединения, съществуващи в две или повече кристални структури, например SiO 2 (под формата на хексагонален кварц, орторомбичен тридимит и кубичен кристобалит.)

Алотропни модификации– полиморфни модификации на прости вещества, например въглерод: диамант, графит, карбин, фулерен.

Въз основа на природата на частиците във възлите на кристалната решетка и химичните връзки между тях, кристалите се разделят на:

1) молекулярно– възлите съдържат молекули, между които действат нискоенергийни ван дер ваалсови сили: ледени кристали;

2) атомно– ковалентни кристали– във възлите на кристалите има атоми, които образуват силни ковалентни връзки помежду си и имат висока енергия на решетката, например диамант (въглерод);

3) йонни кристали– структурните единици на кристалите от този тип са положително и отрицателно заредени йони, между които възниква електрическо взаимодействие, характеризиращо се с доста висока енергия, например NaCL, KCL;

4) метални кристали– вещества, които имат висока електрическа проводимост, топлопроводимост, пластичност, пластичност, метални отблясъци и висока отразяваща способност по отношение на светлината; връзката в кристалите е метална, енергията на металната връзка е междинна между енергиите на ковалентните и молекулните кристали;

5) кристали със смесена връзка– съществуват сложни взаимодействия между частици, които могат да бъдат описани чрез наслагването на два или повече вида връзки една върху друга, например клатрати (включително съединения) – образувани от включването на молекули (гости) в кухините на кристална рамка, състояща се на частици от друг тип (гостоприемници): газови клатрати CH 4 . 6H 2 O, карбамидни клатрати.