Abbildung 1. (a) Atome in einem Festkörper haben immer die gleichen Nachbarn, die durch Kräfte, hier durch Federn dargestellt, aneinander gebunden sind. Diese Atome sind im Wesentlichen miteinander in Kontakt. Ein Felsen ist ein Beispiel für einen Festkörper. Dieses Gestein behält seine Form aufgrund der Kräfte, die seine Atome zusammenhalten. (b) Atome in einer Flüssigkeit sind ebenfalls in engem Kontakt, können aber übereinander gleiten. Die zwischen ihnen herrschenden Kräfte widersetzen sich dem Versuch, sie enger zusammenzudrücken, und halten sie auch in engem Kontakt. Wasser ist ein Beispiel für eine Flüssigkeit. Wasser kann fließen, bleibt aber aufgrund der Kräfte zwischen seinen Atomen auch in einem offenen Behälter. (c) Die Atome in einem Gas sind durch Abstände getrennt, die wesentlich größer sind als die Größe der Atome selbst, und sie bewegen sich frei. Ein Gas muss in einem geschlossenen Behälter gehalten werden, damit es sich nicht frei bewegen kann.

Atome in Festkörpern stehen in engem Kontakt, mit Kräften zwischen ihnen, die es den Atomen erlauben, zu schwingen, aber nicht die Position mit benachbarten Atomen zu wechseln. (Man kann sich diese Kräfte wie Federn vorstellen, die gedehnt oder gestaucht werden können, aber nicht leicht brechen.) Daher widersteht ein Festkörper allen Arten von Spannungen. Ein Festkörper kann nicht leicht verformt werden, weil sich die Atome, aus denen er besteht, nicht frei bewegen können. Festkörper sind auch druckfest, weil ihre Atome Teil einer Gitterstruktur sind, in der die Atome einen relativ festen Abstand voneinander haben. Bei einer Kompression würden die Atome ineinander gepresst werden. Bei den meisten Beispielen, die wir bisher untersucht haben, handelte es sich um feste Objekte, die sich bei Belastung nur wenig verformen.

Im Gegensatz dazu verformen sich Flüssigkeiten leicht, wenn sie belastet werden, und kehren nicht in ihre ursprüngliche Form zurück, sobald die Kraft weggenommen wird, weil die Atome frei herumgleiten und ihre Nachbarn wechseln können – das heißt, sie fließen (sie sind also eine Art Flüssigkeit), wobei die Moleküle durch ihre gegenseitige Anziehung zusammengehalten werden. Wenn eine Flüssigkeit ohne Deckel in einen Behälter gegeben wird, bleibt sie im Behälter (vorausgesetzt, der Behälter hat keine Löcher unter der Oberfläche der Flüssigkeit!) Da die Atome dicht gepackt sind, widerstehen Flüssigkeiten wie Feststoffe der Kompression.

Atome in Gasen sind durch Abstände getrennt, die im Vergleich zur Größe der Atome groß sind. Die Kräfte zwischen den Gasatomen sind daher sehr schwach, außer wenn die Atome miteinander kollidieren. Gase fließen daher nicht nur (und werden daher als Flüssigkeiten betrachtet), sondern lassen sich auch relativ leicht komprimieren, da zwischen den Atomen viel Platz und wenig Kraft vorhanden ist. In einem offenen Behälter können Gase im Gegensatz zu Flüssigkeiten entweichen. Der Hauptunterschied besteht darin, dass sich Gase leicht komprimieren lassen, Flüssigkeiten hingegen nicht. Wir werden Gase und Flüssigkeiten im Allgemeinen einfach als Flüssigkeiten bezeichnen und nur dann einen Unterschied zwischen ihnen machen, wenn sie sich unterschiedlich verhalten.

PhET Explorations: States of Matter-Basics

Erhitzen, kühlen und komprimieren Sie Atome und Moleküle und beobachten Sie, wie sie zwischen festen, flüssigen und gasförmigen Phasen wechseln.

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Zusammenfassung des Abschnitts

• Ein Fluid ist ein Zustand der Materie, der seitlichen oder Scherkräften nachgibt. Flüssigkeiten und Gase sind beides Fluide. Die Fluidstatik ist die Physik der stationären Fluide.