Flüssigkeiten sind Stoffe, die fließen können, wie Wasser oder Öl. In der Physik wird Strömung als die Bewegung von Flüssigkeiten definiert. Diese Substanzen haben keine feste Form, sodass sie sich an die Form des Behälters anpassen können, in dem sie sich befinden.
Die Strömungsmechanik ist der Zweig der Physik, der das Verhalten von Flüssigkeiten untersucht. Dieser Zweig wird in dynamisch (wenn sie in Bewegung sind) und statisch (wenn sie in Ruhe sind) unterteilt.
Dazu ist ein gutes Verständnis des Flüssigkeitsbegriffs, seiner Hauptmerkmale, der verschiedenen Typen, in die sie eingeteilt werden, und der Eigenschaften, die sie definieren, erforderlich.
Was ist eine Flüssigkeit?
Eine Flüssigkeit ist eine Art kontinuierliches Medium, das aus einer Reihe von Partikeln besteht, die durch eine schwache Anziehungskraft zusammengehalten werden.
Flüssigkeiten sind eine der vier Kategorien von Materie. Materie kann in Festkörper, Flüssigkeiten, Gase und Plasma unterteilt werden.
Im Gegensatz zu Feststoffen kann eine Flüssigkeit Scherspannungen nicht für nennenswerte Zeit standhalten.
Flüssigkeiten haben eine bestimmte Form, aber ein variables Volumen. Dies bedeutet, dass Flüssigkeiten ihre Form ändern und sich an die Behälter anpassen können, die sie enthalten, sich jedoch nicht frei ausdehnen oder zusammenziehen können. Gase hingegen haben weder eine bestimmte Form noch ein bestimmtes Volumen.
Flüssige Typen
Flüssigkeiten können in Abhängigkeit von ihrem Verhalten als Reaktion auf Kräfte in verschiedene Typen eingeteilt werden:
Newtonsche Flüssigkeiten
Bei Newtonschen Flüssigkeiten wird die Viskosität als konstant angesehen. Newtonsche Flüssigkeiten sind solche, die den Newtonschen Gesetzen für die Bewegung von Flüssigkeiten folgen, bei denen die Viskosität als konstant angesehen wird. Die Kurve, die das Verhältnis zwischen der Spannung und ihrer Dehnungsrate beschreibt, ist linear.
Die gängigsten Flüssigkeiten und Gase fallen in diese Kategorie.
Nicht-Newtonsche Flüssigkeiten
Eine nicht-newtonsche Flüssigkeit ist eine Flüssigkeit, die sich nicht gemäß dem Newtonschen Viskositätsgesetz verhält.
Im Ruhezustand verhält es sich wie eine Flüssigkeit. Bei einer ausgeübten Kraft oder bei einer Temperaturänderung ändert sich jedoch seine Viskosität. Das heißt, es hat keinen definierten und konstanten Viskositätswert.
Im Allgemeinen erhöht das Senken der Temperatur einer Flüssigkeit ihre Viskosität.
Die meisten nicht-newtonschen Flüssigkeiten sind viskoser, wenn sie einer langsamen Kraft ausgesetzt werden, und weniger viskos, wenn sie einer schnellen Kraft ausgesetzt werden.
Eigenschaften von Flüssigkeiten in der Physik
Die Eigenschaften einer Flüssigkeit sind diejenigen, die definieren, wie sich eine Flüssigkeit oder ein Gas sowohl in Ruhe als auch in Bewegung verhält. Es gibt primäre Eigenschaften und sekundäre Eigenschaften der Flüssigkeit.
Primäre Eigenschaften
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Der Druck gibt die Kraft pro Flächeneinheit an.
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Temperatur misst den Begriff der Wärme einer Flüssigkeit. Die Temperatur hängt mit der kinetischen Energie der Teilchen im System zusammen.
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Innere Energie ist die Gesamtenergie, die in einem thermodynamischen System enthalten ist.
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Enthalpie
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Entropie ist die thermodynamische Größe, die es ermöglicht, den Teil der Wärmeenergie zu berechnen, der nicht zur Erbringung von Arbeit verwendet werden kann.
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Spezifische Wärme ist die Wärmemenge, die erforderlich ist, um die Temperatur auf einen bestimmten Wert zu erhöhen.
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Viskosität ist die Schwierigkeit beim Fließen.
Sekundäre Eigenschaften
Sie charakterisieren das spezifische Verhalten von Flüssigkeiten.
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Die Viskosität einer Flüssigkeit repräsentiert ihren Fließwiderstand.
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Die Wärmeleitfähigkeit gibt die Leichtigkeit an, mit der Wärme durch die Flüssigkeit geleitet wird.
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Die Oberflächenspannung ist eine Manifestation intermolekularer Kräfte in Flüssigkeiten. Oberflächenspannung bedeutet, dass sich die Oberfläche einer Flüssigkeit so verhält, als wäre eine Spannungsmembran darauf.
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Kompression ist die Variation, die ein Fluid aufgrund von Druckspannungen erfährt.