Общие сведения о жидкостях

1.1. Основные физические свойства и механические
характеристики жидкости

Жидкость — агрегатное состояние вещества, промежуточное между твердым и газообразным состояниями. Жидкость, сохраняя отдельные черты, как твердого тела, так и газа, обладает рядом особенностей, из которых наиболее характерная — текучесть. Подобно твердому телу, жидкость сохраняет свой объем, имеет свободную поверхность, обладает определенной прочностью на разрыв при всестороннем растяжении и т.д. С другой стороны, взятая в достаточном количестве жидкость принимает форму сосуда, в котором находится. Принципиальная возможность непрерывного перехода жидкости в газ также свидетельствует о близости жидкого и газообразного состояний.

Рис. 10. Агрегатные состояния вещества

Наличие сильного межмолекулярного взаимодействия обусловливает существование поверхностного натяжения жидкости на ее границе с любой другой средой, что заставляет жидкость принимать такую форму, при которой ее поверхность минимальна. Небольшие объемы жидкости обычно имеют форму капли. В силу этого жидкости в гидравлике называют капельными.

При соприкосновении жидкости с твердыми телами или другими несмешивающимися жидкостями возникают капиллярные явления, которые обусловливают форму капель, менисков, струй. Основными физическими свойствами жидкости являются текучесть, испарение и кипение.

Текучесть — смещение жидкости в направлении действия силы. Жидкости отличаются сильным межмолекулярным взаимодействием и малой сжимаемостью вследствие больших сил межмолекулярного отталкивания.

Испарение — процесс парообразования, происходящий на свободной поверхности жидкости. Испарение происходит при любой температуре и увеличивается при ее повышении. Испарение объясняется вылетом из поверхностного слоя жидкости молекул, обладающих наибольшей скоростью и кинетической энергией, поэтому в результате испарения жидкость охлаждается.

Кипение — процесс интенсивного испарения жидкости по всему ее объему внутрь образующихся пузырьков пара. Температура, при которой давление насыщенного пара равно внешнему давлению, называется температурой кипения, или точкой кипения.

Основной механической характеристикой жидкости является плотность ρ, кг/м³, определяемая для однородной жидкости отношением ее массы т к ее объему W:

. (1.1)

Плотность пресной воды при температуре 4 °С кг/м³. Удельным объемом жидкости w, м³/кг, называется объем, занимаемый единицей массы жидкости:

(1.2)

Удельным весом однородной жидкости γ, Н/м³, называется отношение веса G жидкости к ее объему:

(1.3)

Удельный вес называют также объемным весом. Удельный вес пресной воды при температуре 4°С Н/м³.

Относительным удельным весом жидкости δ называется отношение ее удельного веса к удельному весу пресной воды при температуре 4 °С:

(1.4)

Между плотностью и удельным весом существует связь:

, (1.5)

где g — ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с².