Please enable JavaScript.
Coggle requires JavaScript to display documents.
Jakub Gallik - Kvapaliny a ich vlastnosti - Coggle Diagram
Jakub Gallik - Kvapaliny a ich vlastnosti
Povrchová vrstva kvapaliny
Sféra molekulového pôsobenia
Definícia: oblasť v okolí molekuly, v ktorej sa prejavuje medzimolekulové silové pôsobenie
VZOREC: rm ≈ 1 nm
rm = polomer sféry molekulového pôsobenia [nm]
Molekula HLBOKO vo vnútri kvapaliny:
Sféra pôsobenia leží celá v kvapaline
Výslednica príťažlivých síl = NULOVÁ
Molekula BLÍZKO povrchu (vzdialenosť od povrchu < rm):
Pôsobí výsledná sila KOLMÁ na voľný povrch kvapaliny
Smer výslednej sily: DOVNÚTRA kvapaliny
Povrchová vrstva — definícia
Vrstva molekúl, ktorých vzdialenosť od voľného povrchu kvapaliny je menšia ako rm
Na každú molekulu v povrchovej vrstve pôsobia susedné molekuly PRÍŤAŽLIVOU silou smerujúcou DOVNÚTRA kvapaliny
Povrchová energia (E)
Definícia: energia povrchovej vrstvy kvapaliny — je jednou zo zložiek VNÚTORNEJ energie kvapaliny
Pri posunutí molekuly zvnútra do povrchovej vrstvy treba VYKONAŤ PRÁCU → molekula v povrchovej vrstve má väčšiu energiu
VZOREC: ΔE = σ · ΔS
ΔE = zmena povrchovej energie [J]
σ = povrchové napätie [N·m⁻¹]
ΔS = zmena obsahu povrchu kvapaliny [m²]
Povrchové napätie (σ)
Závisí od DRUHU kvapaliny a TEPLOTY
Kvapalina daného objemu má snahu nadobúdať tvar s NAJMENŠÍM povrchom → minimálna povrchová energia
Voľné kvapky (hmla, rosa) majú GUĽOVITÝ tvar — guľa má pri danom objeme najmenší obsah povrchu
Hodnota pre vodu: σ = 73 mN·m⁻¹ (v styku so vzduchom)
Archimedov zákon
Vznik vztlakovej sily — odvodenie
Na teleso ponorené do kvapaliny pôsobia tlakové sily (spôsobené hydrostatickým tlakom)
Vo VODOROVNOM smere sa tlakové sily navzájom RUŠIA
Vo ZVISLOM smere: výsledná sila daná ROZDIELOM síl pôsobiacich na hornú a dolnú podstavu telesa
Výsledná sila smeruje ZVISLE NAHOR → to je vztlaková sila
Vztlaková sila (Fvz)
Smer: ZVISLE NAHOR
VZOREC: Fvz = ρ · V · g
ρ = hustota kvapaliny [kg·m⁻³]
V = objem ponorenej časti telesa [m³]
g = tiažové zrýchlenie [m·s⁻²]
Archimedov zákon — znenie
Teleso ponorené do kvapaliny je nadľahčované hydrostatickou vztlakovou silou, ktorej veľkosť sa rovná tiaži kvapaliny s rovnakým objemom, ako je objem ponorenej časti telesa.
Archimedes (asi 287–212 p.n.l.) — grécky fyzik
Správanie telies v kvapaline
Teleso KLESÁ ku dnu
ak je hustota telesa VÄČŠIA ako hustota kvapaliny: ρt > ρk
Teleso sa VZNÁŠA
ak je hustota telesa ROVNAKÁ ako hustota kvapaliny: ρt = ρk
Teleso STÚPA k hladine (pláva)
ak je hustota telesa MENŠIA ako hustota kvapaliny: ρt < ρk
Pri vynáraní sa zmenšuje objem ponorenej časti → zmenšuje sa aj vztlaková sila
Sily sa vyrovnajú — teleso pláva (VPT = objem ponorenej časti pri rovnováhe síl)
Kartéziánček — aplikácia
V uzavretej nádobe je skúmavka otočená dnom nahor
Po zatlačení na uzavretú kvapalinu klesá skúmavka smerom ku dnu
Vysvetlenie: zvýšený tlak vstúpi do skúmavky → stlačí vzduch → zmení sa objem → zmení sa vztlaková sila
Základné vlastnosti kvapalín
Tekutiny — definícia
Kvapaliny a plyny označujeme spoločným názvom TEKUTINY
Kvapaliny nemajú stály tvar — nadobúdajú tvar nádoby, do ktorej boli naliate
Vlastnosti kvapalín
Tekutosť
Kvapaliny nemajú stály tvar, nadobúdajú tvar nádoby
Voľná hladina na voľnom povrchu
Voľná hladina v pokoji je kolmá na tiažovú silu
Zviera uhol 90° so smerom tiažovej sily
Vnútorné trenie (viskozita)
Vnútorné trenie je príčinou rozdielnej tekutosti kvapalín
Stlačiteľnosť
Kvapaliny sú veľmi málo stlačiteľné
Tlakové sily v kvapalinách
Tlakové sily pôsobia kolmo na ľubovoľnú plochu
Kapilárne javy
Elevácia: Voda–sklo — hladina v kapiláre STÚPA nad okolie (voda zmáča steny)
Depresia: Ortuť–sklo — hladina v kapiláre KLESÁ pod okolie (ortuť nezmáča steny)
Ideálna kvapalina — model
Ak zanedbáme nepodstatné vlastnosti, dostaneme model ideálnej kvapaliny
Zanedbávame molekulovú štruktúru → považujeme ju za SPOJITÚ (kontinuum)
Je bez vnútorného trenia → dokonale tekutá
Považujeme ju za NESTLAČITEĽNÚ
Tlak v kvapalinách
Tlak — definícia a vzorec
VZOREC: p = F / S
p = tlak [Pa = N·m⁻²]
F = sila kolmá na plochu [N]
S = obsah plochy [m²]
Tlaková sila F je spôsobená NÁRAZMI častíc kvapaliny na plochu S (Brownov pohyb — chaotický pohyb)
Tlak je SKALÁR — tlakové pomery popisujeme SKALÁRNYM POĽOM
Príčiny tlaku v kvapaline v pokoji
Vonkajšia sila pôsobiaca na povrch kvapaliny
Vlastná tiažová sila FG pôsobiaca na molekuly kvapaliny
Pascalov zákon
Znenie: Ak pôsobí vonkajšia sila veľkosti F na povrch rovnej plochy s obsahom S uzavretého objemu kvapaliny a žiadne iné sily na kvapalinu nepôsobia, v kvapaline vznikne tlak, ktorý je vo VŠETKÝCH miestach kvapaliny ROVNAKÝ.
Blaise Pascal (1623–1662) — francúzsky fyzik
Hydraulický lis — aplikácia Pascalovho zákona
Zariadenie, pomocou ktorého je možné dosiahnuť niekoľkonásobné zväčšenie sily
Zväčšenie sily je dané POMEROM VEĽKOSTI PLOŠNÝCH OBSAHOV piestov
VZOREC: F₁ / S₁ = F₂ / S₂
F₁ = vstupná sila (malý piest) [N]
F₂ = výstupná sila (veľký piest) [N]
S₁, S₂ = obsahy plôch piestov [m²]
Hydrostatický tlak (ph)
Definícia: tlak spôsobený VLASTNOU tiažovou silou kvapaliny
VZOREC: ph = ρ · g · h
ph = hydrostatický tlak [Pa]
ρ = hustota kvapaliny [kg·m⁻³]
g = tiažové zrýchlenie [m·s⁻²]
h = hĺbka kvapaliny pod voľným povrchom [m]
Hydrostatický paradox
Veľkosť tlakovej sily kvapaliny na DNO NÁDOBY NEZÁVISÍ od hmotnosti kvapaliny v nádobe!
Závisí od: hustoty kvapaliny, výšky hladiny a obsahu dna nádoby
Meranie tlaku — príklad
Tlak vzduchu v balóne je väčší o pB ako atmosferický tlak pa
Prehľad vzorcov
Povrchová vrstva
rm ≈ 1 nm (polomer sféry mol. pôsobenia)
ΔE = σ · ΔS (zmena povrchovej energie)
σ_voda = 73 mN·m⁻¹ (povrchové napätie vody)
Tlak v kvapalinách
p = F / S (základný vzorec tlaku)
ph = ρ · g · h (hydrostatický tlak)
F₁ / S₁ = F₂ / S₂ (Pascalov zákon — hydraulický lis)
Archimedov zákon
Fvz = ρ · V · g (vztlaková sila)