/
2020-05-26-struktura-a-vlastnosti-kapalin.md
113 lines (80 loc) · 4.36 KB
/
2020-05-26-struktura-a-vlastnosti-kapalin.md
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
---
title: "Struktura a vlastnosti kapalin"
category: "Physics"
language: "CZ"
latex: true
---
- .
{:toc}
---
# Vlastnosti ideálních kapalin
- Stálý objem
- Tvar podle nádoby
- Nestlačitelné
- Molekuly neuspořádaně kmitají s frekvencí 10$$^{12}$$ Hz
- malé vzdálenosti mezi molekulami - řádově 1 nm
---
# Povrchová vrstva kapaliny
- Kolem molekuly kapaliny je tzv. Sféra vzájemného molekulového působení
- **Povrchová vrstva** – vrstva molekul, jejíž vzdálenost od volného povrchu kapaliny je menší než poloměr sféry molekulového působení, přitažlivá síla míří dovnitř kapaliny
- **Povrchová energie** – v důsledku existence povrchového napětí se tvoří tzv povrchová energie
## Povrchová síla
- Povrchová síla leží v povrchu kapaliny
- Na obrázku lze vidět že když uvolníme příčku tak se blána smrskne v důsledku této síly
{:.image-w500px}
## Povrchové napětí
Skalární veličina, kterou vyjadřujeme pružnou vlastnost povrchové vrstvy.
$$ \sigma = \frac{\vec F}{l} $$
- $$\sigma$$ - povrchové napětí [Nm$$^{-1}$$]
- $$\vec F$$ - povrchová síla [N]
- $$l$$ - délka obvodu povrchu kapaliny [m]
## Styk kapaliny se stěnou nádoby
| Smáčí | Nesmáčí | Klid |
|:-----:|:-------:|:----:|
|  |  |  |
|  |  | |
| Voda ve skle | Rtuť ve skle | |
## Stykový úhel
Úhel $$\Theta$$ se nazývá stykový úhel (pokud $$\Theta$$ = 0; kapalina dokonale smáčí stěnu)
{:.image-w500px}
---
# Kapilární tlak
Vzniká v důsledku zakřivení povrchu kapaliny. Pokud má-li kapaliny jeden volný povrch, pak platí vztah:
$$ p_k =\frac{2\sigma}{R} $$
Má-li kapalina dva volné povrchy (mýdlová bublina) pak platí:
$$ p_k =\frac{4\sigma}{R} $$
## Kapilární elevace a deprese
Trubičky s poloměrem okolo 1 mm se nazývají kapiláry. Povrch smáčející kapaliny je výše, než je hladině této kapaliny v široké nádobě, a to o výšku $$h$$. Jev při kterém se voda dostává vzhůru se
nazývá vzlínání. Pro $$h$$ platí:
$$ h = \frac{2\sigma}{r\rho g} $$
- $$h$$ - rozdíl hladiny kapaliny mimo kapiláru a hladiny kapaliny v kapiláře [m]
- $$\sigma$$ - povrchové napětí [Nm$$^{-1}$$]
- $$r$$ - poloměr kapiláry [m]
- $$\rho$$ - hustota kapaliny [kg.m$$^{-1}$$]
- $$g$$ - tíhové zrychlení [m.s$$^{-2}$$]
{:.image-w500px}
- **Kapilarita v praxi**
- Vzlínavost vody umožňuje výživu stromů až do několika metrů
- Voda vystupuje z hloubky zeminy tenkými kapilárami do půdy, kde zavlažuje rostliny
- Vlhkost v domě - důsledek vzlínání kapaliny
---
# Teplotní objemová roztažnost kapalin
U většiny kapalin jejich objem roste s rostoucí teplotou. Teplotní roztažnosti se využívá u kapalinových teploměrů. Platí:
$$ V = V_1 (1 + \beta \Delta t ) $$
- $$V$$ - výsledný objem [m$$^3$$]
- $$V_1$$ - původní objem [m$$^3$$]
- $$\beta$$ - teplotní součinitel objemové roztažnosti [K$$^{-1}$$]
- $$\Delta t$$ - rozdíl teploty kapaliny [K]
## Využití
- Teplotní roztažnosti se využívá v kapalinových teploměrech
- Využívá se jí také u termostatických ventilů
- Nádrž by se kvůli teplotní roztažnosti nikdy neměla nechávat plná
## Závislost hustoty na teplotě
Se změnou teploty se mění objem, tudíž se mění i hustota kapaliny. Platí:
$$ \rho \approx \rho_1(1-\beta \Delta t) $$
---
# Anomálie vody
- Zahříváme-li vodu z teploty 0°C na teplotu 4°C, zmenšuje se její objem
- Hustota dosahuje nejvyšší hodnoty při 4°C (999,97 kg.m$$^{-3}$$)
- V důsledku anomálie vody se ve vodních nádržích v zimě tvoří vrstvy vody s různými teplotami – na povrchu je voda chladnější než u dna. To umožňuje vodním živočichům přežít zimu.