Kapaliny - Fyzika

Kapaliny

Kapaliny představují jednu formu ze základních tří skupenství látek. Kapaliny se skládají z molekul, které mají určitou charakteristickou vlastnost: Molekuly u sebe leží poměrně blízko, avšak nejsou vázány v pevných polohách, to znamená, že se mohou pohybovat, dochází k přelévání kapaliny. Tento fakt rovněž umožňuje určitou stlačitelnost kapaliny, ovšem pouze v omezené míře, jakmile se molekuly dostanou příliš blízko k sobě, stlačovat již více nelze. Kapalina tedy nemá svůj vlastní tvar, udržuje tvar nádoby, ve které je nahromaděna, má však svůj objem. Kapaliny jsou náchylné na působení vnějších sil. Kapalina je v podstatě možná přechodná fáze mezi pevnou látkou a plynem.

Vlastnosti kapalin

Kapaliny mají celou řadu zajímavých vlastností, z nichž některé již byly uvedeny výše. Nyní si však uvedeme ty nejdůležitější v přehledu:

1. Kapaliny nemají stálý tvar, ten vždy odpovídá tvaru nádoby, ve které jsou umístěny
2.  Kapaliny mají svůj vlastní objem, ten se však může měnit působením vnějších sil
3. Kapaliny mají volný povrch, ten je označován jako vodorovná hladina, u které lze pozorovat v místech styku s nádobou drobné zakřivení a to buď směrem nahoru, nebo dolů, dle konkrétních vlastností kapaliny
4. Kapaliny mohou vytvářet kapky, je to způsobeno vnitřními přitažlivými silami kapaliny, respektive molekuly
5. Kapaliny jsou stlačitelné, i když pouze v omezené míře
6. Některé kapaliny jsou vodivé, nosičem elektrického proudu jsou v kapalině ionty
7. V kapalinách se může šířit teplo prouděním
8. Jednotlivé částice kapalin se neustále pohybují, čím mají vyšší teplotu, tím je pohyb rychlejší, ve srovnání s plyny jsou však pohyby mnohem pomalejší

Ideální a skutečná kapalina

Ve fyzice se často setkáváme se dvěma pojmy, jedná se o ideální kapalinu a skutečnou kapalinu.

Ideální kapalina představuje jakýsi model, nikdy jí nemůže být dosaženo, využívá se pouze jako prostředek k usnadnění práce, zejména při výpočtech a dalším bádání. Naproti tomu skutečná kapalina je v podstatě reálnou kapalinou, kterou známe v nejrůznějších druzích z každodenního života.

Základní vlastnosti ideální kapaliny:

1. Dokonalá nestlačitelnost
2. Nemá vnitřní tření
3. Má stejnou hustotu v jakékoliv její části

Základní vlastnosti reálné kapaliny:

1. Mírná stlačitelnost
2. Určité vnitřní tření
3. Hustota se v různých částech jedné kapaliny velmi mírně odlišuje

Tlak v kapalině

V každé kapalině je určitý tlak, který je dán buď vnější silou prostřednictvím nějakého tělesa nebo silového pole, nebo účinkem gravitační síly na těleso.

Tlak v závislosti na účinku vnějších sil řeší Pascalův zákon, kterému se věnujeme v samostatné kapitole. V kapalinách působí celá řada sil, velmi známými jsou také tlaková a vztlaková síla. První z nich má směr působení směrem dolů, na dně kapaliny, druhá síla působí opačným směrem. Za jistých okolností jsou tyto dvě síly v rovnováze.

Co lze u kapaliny měřit?

U kapaliny můžeme měřit určité fyzikální veličiny:

1. Teplota

• Nejčastěji měříme teplotu, ta se měří teploměrem, který je nutno ponořit do kapaliny a nechat ho tam určitou dobu, potom odečteme ze stupnice, teplota je u kapalin měřena obvykle ve stupních Celsiových (°C)

2. Hustota

• Hustota kapaliny se měří hustoměrem, jedná se o skleněnou trubici, která je na obou svých koncích zatavená, do dolní části se přidávají broky, aby byla zajištěna kolmá poloha, na celé vnější části hustoměru je stupnice, princip měření je následující: Čím více se do kapaliny hustoměr ponoří, tím je kapalina řídčí, přesnou hustotu odečteme z ocejchované stupnice

Nejznámější kapalinou je voda. Jedná se o přírodní kapalinu, která je v nejrůznějších formách zastoupena všude kolem nás. (voda v potocích, řekách, jezerech nebo mořích, déšť)

Vzorec pro kapaliny

Nyní si ještě uvedeme vzorec, který vyjadřuje závislost tří fyzikálních veličin kapaliny. Jedná se o hmotnost m, objem V a hustotu ρ. Základní jednotkou hmotnosti je kilogram, značí se kg, základní jednotkou objemu je kilogram na metr krychlový, značí se kg / m³ a základní jednotkou objemu je metr krychlový, značí se m³, mnohem častěji se však u objemu používá litr, což je vlastně decimetr krychlový.

V = m / ρ

Př.1: Určeme objem kapaliny, pokud známe její hmotnost m = 1 kg a hustotu ρ = 1000 kg / m³

m = 1 kg

ρ  = 1000 kg / m³

V = ?

V = m / ρ = 1 kg / 1000 kg / m³ = 0,001 m³ 1 dm³ = 1 l

• Výpočet je jednoduchý, stačí dosadit do základního vzorce, nakonec provedeme převod mezi metry krychlovými a decimetry krychlovými, respektive litry

Př.2: Určeme hmotnost kapaliny, pokud známe její hmotnost hustotu ρ = 1000 kg / m³ a zároveň víme, že vyplňuje celou nádobu tvaru krychle o hraně a = 10 cm

m = ? kg

ρ  = 1000 kg / m³

a = 10 cm

V = m / ρ

m = V x ρ

m = a x a x a x ρ = 0,1 m x 0,1 m x 0,1 m x 1000 kg / m³ = 1 kg

• Nejprve je třeba určit objem kapaliny, respektive nádoby, jedná se o tutéž hodnotu, centimetry musíme při výpočtu převést na metry, objem potom podle vzorce vynásobíme hustotou a máme výsledek