godzina...

Właściwości cieczy i ciał stałych

Ciała stałe

Ciała stałe charakteryzują się uporządkowanym układem cząsteczek (atomów) o bardzo trwałej strukturze, noszącej miano sieci krystalicznej. Uporządkowanie to polega głównie na okresowym powtarzaniu się w trójwymiarowych układzie współrzędnych jakiegoś fundamentu- podstawowego modelu. Zatem przestrzeń wypełniona jest atomami w taki sposób, że pewna ich konfiguracja - komórka elementarna kryształu - jest wielokrotnie powtarzana. Jeszcze na początku XX wieku, ciałem stałym określano wszelkie substancje, które wykazywały sprężystość, czyli taką fizyczną własność ciał materialnych, że odzyskują one pierwotny kształt i wymiary po usunięciu sił zewnętrznych, wywołujących odkształcenie. Takie właściwości wykazują między innymi szkliwa oraz polimery, mimo że w ich strukturze nie ma przestrzennego uporządkowania atomów. Dlatego obecnie zaliczane są do przechłodzonych cieczy, czyli inaczej bezpostaciowych ciał. Prace badawcze poświęcone ich własnościom wszelkiego rodzaju (mechanicznym, optycznym, elektrycznym czy magnetycznym) pokazały, że zależą one on rodzaju i rozmieszczenia cząsteczek, z jakich zbudowane są te ciała. Ponieważ wiedza o tych zależnościach znalazła ogromne zastosowanie w praktyce, jest ściśle badana przez fizykę ciał stałych. Nauka ta jest jedną z najmłodszych dziedzin fizyki.

Ponieważ atomy, z jakich zbudowane są ciała stałe, stanowią sieć krystaliczną, przybierają odpowiednią konfigurację przestrzenną, tożsamą z położeniem równowagi, w jakim utrzymują się poprzez wzajemne oddziaływania. Siły te działają na zasadzie wiązań chemicznych, które są wynikiem budowy atomowych powłok elektronowych. Klasyfikując te wiązania chemiczne pod względem ich właściwości, wyróżniamy kryształy o wiązaniach jonowych, kryształy o wiązaniach walencyjnych, z siłami Van der Waalsa, o wiązaniach metalicznych oraz kryształy o wiązaniach mieszanych. Wszelkie efekty pochodzące od każdego atomu (typu ferromagnetycznego, ferroelektryczne właściwości dielektryków, nadprzewodnictwo elektryczne metali i stopów w niskich temperaturach) sumują się, co w rezultacie wpływa na powstanie własności kolektywnych które nie dają się zredukować całkowicie do własności ich części składowych. Układ kolektywny, czyli układ skorelowanych cząstek- wykazuje nowe własności, np. przemiany fazowe lub nadprzewodnictwo. Ciała wykazujące odmienne właściwości w zależności od kierunku, w którym dana własność jest rozpatrywana (przewodnictwo elektryczne, sprężystość, współczynnik załamania światła czy rozszerzalność termiczna) to ciała anizotropowe. Siły, które towarzyszą wzajemnemu oddziaływaniu atomów, osłabiają wiązania utworzone pomiędzy cząstkami elementarnymi powłok zewnętrznych a pozostałą częścią atomu. Czasami może dojść do tzw. kolektywizacji elektronów. Polega to uwspólnieniu tych cząstek poprzez ich uwolnienie z powłok (na skutek osłabienia wiązań). Elektrony takie to elektrony swobodne. Ponieważ drgania atomów wokół swego położenia równowagi są nieustanne, energia ruchu drgającego rośnie wraz ze wzrostem temperatury, a temperatura topnienia charakteryzuje się tym, że energia ta jest większa niż energia wiązania sieci krystalicznych. Wskutek takiego zaburzenia porządku sieci, ciało stałe ulega topnieniu zmienia swój stan skupienia na ciekły. Wszelkie drgania sieci krystalicznej odbijają się na przewodnictwie elektrycznym ciała i to w sposób dwojaki. Otóż utrudniają one ruch elektronów swobodnych, jednakże umożliwiają łatwiejsze oderwanie się od powłok elektronów walencyjnych. W rzeczywistej strukturze sieci krystalicznej często zdarzają się usterki. Takimi defektami są np. luki w atomach (węzły nieobsadzone przez cząsteczki) lub też nadmiar cząsteczek przejawiający się ich umiejscowieniem między węzłami. Zdarzają się też atomy obce lub przemieszczenia cząsteczek. Wszelkie deformacje sieci krystalicznej, mają duży wpływ na właściwości ciał stałych. Największą rolę odgrywają dyslokacje. Są to przemieszczenia fragmentów sieci w stosunku do całości, przy zachowaniu spójności (ale zaburzeniu ciągłości). Wyróżniamy dwa rodzaje dyslokacji: śrubowe (płaszczyzny sieciowe tworzą powierzchnię śrubową) oraz krawędziowe (dodatkowa półpłaszczyzna pomiędzy dwiema płaszczyznami sieciowymi). Wszelkie naprężenia mechaniczne mogą powodować przemieszczenia tych dyslokacji w obrębie kryształu. Z tym zjawiskiem powiązana jest teoria wzrostu kryształów. Jeżeli w zaczątku kryształu ma miejsce dyslokacja śrubowa, powoduje to uskok w płaszczyźnie sieciowej. Dlatego taki kryształ rośnie dużo szybciej, niż ten o gładkiej płaszczyźnie. Najnowsze prace badawcze pokazały, że w każdym pojedynczym krysztale są dyslokacje. W laboratoriach otrzymano sztucznie praktycznie doskonałe pod tym względem monokryształy nitkowe (włókniste), których grubość jest rzędu 10^(-4). Włókna te charakteryzują się niespotykanymi w przyrodzie własnościami. Przykładowo cynowe kryształy włókniste wykazują ponad tysiąc razy większą wytrzymałość niż cyna.

Ciała stałe cechują się zachowywaniem swojego pierwotnego kształtu (jest to ich podstawową cechą mechaniczną), dlatego też są niezastąpionym materiałem technicznym. Znakomita większość ciał stałych wykazuje zjawisko sprężystości, czyli może odkształcać się nietrwale (wraca do swojego pierwotnego kształtu, gdy siła odkształcająca przestaje działać). Polega to na tym, że deformacja ta jest przekazywana przez atomy za pośrednictwem wiązań sieci. Zazwyczaj ciała stałe, które wykorzystuje się w konstrukcjach, są niejednorodne. Utworzone są z monokrystalicznych drobin (im drobniejsze, tym twardsze a mniej plastyczne). Monokryształy te mają odmiennie właściwości mechaniczne niż ciała, które budują.

Kiedy cząsteczka znajdująca się w krystalicznej sieci zaczyna drgać wokół swego położenia równowagi, zaburza równowagę sąsiadujących z nią cząstek. Skutkiem tego jest rozciągnięcie się drgań na całą sieć krystaliczną. Zjawisko to może być rozpatrywane, jako fale sprężyste o różnej częstotliwości drgań. Częstotliwość ta ma widmo (zbiór składowych harmonicznych, suma częstotliwości reprezentuje zmiany wartości chwilowej wybranej wielkości) od v_max (odpowiada częstotliwości promieniowania podczerwonego) do v₀. Do tego rodzaju fal ma zastosowanie teoria kwantów. Kwantami fal sprężystych są cząstki, których energia wyrażana jest wzorem E= Ar. Analogicznie do fotonów, rozpatrywane są, jako quasi- cząstki. Taka quasi- cząstka- fonon- to kwant energii drgań sieci krystalicznej, wykazująca bozonowe właściwości (posiadające spin całkowity). Fonony to drgania cieplne sieci krystalicznej, z których każde drganie cieplne jest superpozycją drań normalnych o charakterze korpuskularnym. Nazwa fonon pochodzi z języka greckiego (phonema- głos). Szybkość rozchodzenia się fal sprężystych jest niemal taka sama jak fal akustycznych. Na podstawie rozkładu statystycznego widma częstotliwości, łatwo można wyliczyć, jaka jest zależność wartości ciepła molowego od temperatury T. Dane doświadczalne mówią, że w niskich temperaturach (przy r w 0 K zmierza do zera) ciepło właściwe w sposób proporcjonalny do T^3. Dzięki tej zależności, można było opisać współczynniki rozszerzalności cieplnej ciał stałych, wśród których wyróżniamy dobre przewodniki cieplne oraz złe. Przewodnictwo ciepła polega na przekazywaniu energii ruchu cząstek w wyniku ich zderzeń. Prowadzi to do wyrównania temperatury w ciele. Wymiana ta ma miejsce tylko przy różnicy temperatur (energia płynie wtedy od ciała o wyższej temperaturze do tego o niższej wartości). Przewodzenie cieplne ma miejsce dzięki dyfuzji (samorzutnemu rozprzestrzenianiu się) fononów i/lub za pośrednictwem elektronów, których prędkości są dużo większe od prędkości fononów. Najczęściej w przewodnictwie cieplnym biorą udział elektrony i fonony. Jednak w zależności od rodzaju ciała stałego, przeważa mechanizm elektronowy (metale) lub fononowy.

Skutkiem wybiórczego pochłaniania i odbijania światła, które pada na ciało stałe jest jego kolor oraz połysk. Ta pierwsza cecha jest determinowana przez układ atomów (także liczne defekty w sieci krystalicznej jak np. luki w węzłach sieci czy atomy pochodzenia obcego), jako że cząstki te absorbują promieniowanie. Oprócz tego, niektóre domieszki metali obcych mogą wywołać luminescencję (zjawisko emisji fal świetlnych przez ciała, wywołane inną przyczyną niż rozgrzanie ich do odpowiednio wysokiej temperatury).

Właściwości magnetyczne ciał stałych są zależne przede wszystkim od konfiguracji zewnętrznych i wewnętrznych powłok elektronowych atomów budujących ciała stałe (oddziaływania magnetyczne na poziomie atomowym). Ten magnetyzm atomowy uwarunkowany jest istnieniem własnego (spinowego) momentu magnetycznego elektronów oraz momentu magnetycznego powstałego wskutek ruchu orbitalnego elektronów w powłokach elektronowych atomu. Moment magnetyczny atomu jest zatem sumą wszystkich momentów magnetycznych wytworzonych przez jego elektrony. Ponieważ atomy zachowują się jak elementarne magnesy, jeśli więc ich momenty magnetyczne w polu magnetycznym różnią się od zera, dążą one do przybrania pozycji zgodnej z kierunkiem tego pola. Wtedy ciała stałe przyjmują własności paramagnetyczne. W sytuacji, gdy moment magnetyczny wynosi zero, to pole magnetyczne zaczyna indukować momenty skierowane w przeciwnym kierunku- ciało stałe jest diamagnetykiem. Spośród ciał stałych, których atomy mają właściwości paramagnetyczne, możemy wyróżnić nieliczną grupę kryształów o właściwościach antyferromagnetycznych lub ferromagnetycznych. Inaczej jak w przypadku diamagnetyzmu i paramagnetyzmu, właściwości te stanowią cechę własną kryształów, a wiążą się ze sposobem uporządkowania cząsteczek w sieci. Polega to głównie na tym, że momenty magnetyczne poszczególnych atomów ulokowane są równolegle (zgodnie) lub naprzemiennie przeciwrównolegle (antyferromagnetyki). Taki stan uporządkowania w sposób jednakowy dotyczy części kryształu (nie jego całości). Te fragmenty to domeny magnetyczne.

Przewodnictwo elektryczne w ciałach stałych to zjawisko ukierunkowanego ruchu ładunków elektrycznych przez dodatnie lub ujemne nośniki prądu w ośrodku znajdującym się pod wpływem przyłożonego zewnętrznego pola elektrycznego. Liczba takich nośników wpływa na wartość przewodnictwa w ciele stałym. Klasyfikując je ze względu na tę cechę, wyróżniamy przewodniki, półprzewodniki i izolatory. Przewodnictwo elektryczne przewodników metalicznych jest odwrotnie proporcjonalne do wartości temperatury. Dla wartości zmierzających do 0 °K, wartość ta jest bardzo duża (zjawisko nadprzewodnictwa). W przypadku półprzewodników lub izolatorów (dielektryków) zależność ta jest wprost proporcjonalna- im wyższa temperatura, tym lepsze przewodnictwo. Przy niskich wartościach temperatur półprzewodniki właściwie nie przewodzą prądu. Zjawisko to badał na początku XX wieku niemiecki fizyk, Paul Drude. Założył on bardzo dużą liczbę elektronów swobodnych w atomach metali. Jest autorem elektronowej teorii metali, zakładającej, że elektrony wartościowości (zlokalizowane na ostatniej orbicie) mające największą liczbę kwantową n, odrywają się od atomów tworzących skondensowany stan skupienia, a następnie przemieszczają się pomiędzy jonami. Nieco później rozpowszechniła się teoria pasmowa. Jest to kwantowo- mechaniczny opis zachowania się elektronów w krystalicznym ciele stałym, który wyjaśniał m. in. istotę przewodnictwa elektrycznego w ciałach stałych. W przypadku atomów swobodnych, elektrony znajdujące się na powłokach mają określony poziom energetyczny (wartości energii), który opisują liczby kwantowe. Wiąże się z tym Zakaz Pauliego, który głosi, że w danym stanie kwantowym może znajdować się jeden fermion (cząstka elementarna posiadająca niecałkowity spin) - czyli żadne dwa fermiony nie mogą w danej chwili występować w tym samym stanie kwantowym. Reguła ta jest bardzo ważna podczas opisywania właściwości atomów oraz jest fundamentem zasady rozpisywania powłok elektronowych. Dany stan energetyczny zajmują więc elektrony o przeciwnych spinach. Elektrony na powłokach mogą zostać przeniesione w stan wzbudzony (ze stanu podstawowego)- czyli stan o wyższej energii.

Na całą sieć składają się okresowo rozmieszczone cząstki, przyjmuje się więc rozciągnięcie nierozróżnialności atomów na elektrony znajdujące się na powłokach. Cały kryształ traktowany jest zatem jako jedna, duża cząstka, ponieważ należą do niego wszystkie elektrony. To znaczy, że wszelki dopuszczalny poziom energetyczny atomu swobodnego powinien zostać zastąpiony przez serię bardzo bliskich sobie dopuszczalnych poziomów energetycznych. Musi być tak ponieważ obsadzenie takiego samego stanu kwantowego przez dostarczone elektrony nie jest możliwe. Przykładowo, jeżeli kryształ ma n atomów, ma także n stanów energetycznych w każdym paśmie energii. Jeżeli na pasmo takie składają się elektrony walencyjne, jest to pasmo podstawowe/walencyjne. Najbliżej znajdujące się wtedy pasmo puste w atomach swobodnych jest odpowiednikiem stanów wzbudzonych i nosi miano pasma przewodnictwa. Dla temperatury 0 °K, obsadzane są najniższe pasmowe stany energetyczne. Dla atomów posiadających jeden elektron walencyjny (jak w przypadku alkalicznych metali), pasmo podstawowe zostaje zapełnione do połowy. Taki układ jest możliwy dzięki ruchowi elektronów znajdujących się wewnątrz tego pasma, tym samym decydujących o przewodnictwie elektrycznym. Elektrony przewodzące prąd to tzw. elektrony przewodnictwa. Ich liczba jest zbliżona do liczby atomów w sieci krystalicznej (czyli rzędu 10^22 na cm^3). Ponieważ elektrony w dozwolonych pasmach energetycznych są nierozróżnialne, mogą one zamieniać się miejscami i stanami bez wpływu na stan energetyczny całego kryształu.

Umożliwia to zatem przenoszenie się na wszystkie ekwiwalentne węzły sieciowe wzbudzenia energetycznego z dowolnego węzła. Tak interpretowane jest rozchodzenie się w kryształach wzbudzeń elektrycznych oraz optycznych. Ciało stałe zachowuje właściwości przewodzące w przypadku zachodzenia się pasm walencyjnych z pasmami przewodnictwa (tak jak w przypadku metali). Ponieważ ruch elektronów nie jest swobodny, oporność elektryczna wywołana jest oddziaływaniem pola elektrycznego jonów sieci krystalicznej na elektrony a także spowodowana rozproszeniem elektronów na fononach (im wyższa temperatura, tym częstsze zderzenia).

W przypadku półprzewodników, gdy temperatura wynosi 0 °K, pasma walencyjne są zapełnione całkowicie, co gwarantuje doskonałe własności izolujące. Nawet najmniejsze pobudzenie energetyczne (o wartości 0,1- 02 eV) pozwala na przeniesienie elektronów do wolnego pasma przewodnictwa. Przewodnictwo w paśmie podstawowym jest możliwe, ponieważ przy przenoszeniu elektronów do pasma przewodnictwa tworzą się wolne (nie obsadzone) stany energetyczne. Jest to tzw. dziura, mająca cechy elementarnego ładunku dodatniego. Właśnie dzięki tym dziurom i elektronom przenoszony jest prąd elektryczny z pasma podstawowego do pasma przewodnictwa. Dzięki wzajemnej rekombinacji dziur i elektronów, zachowuje się stan równowagi, który określony jest przez szybkość tworzenia się par dziury z elektronem a następnie ich rekombinacji w określonej temperaturze większej niż 0 °K. Dane skupisko tych par (odpowiada ono równowadze) zależy głównie od tego, jak szeroka jest strefa wzbroniona. Pary te mogą dodatkowo powstawać w sytuacji, gdy kwanty światła są absorbowane. Koncentracja defektów jak i domieszek donorowych oraz akceptorowych wpływa w stopniu znacznym na przewodnictwo elektryczne półprzewodników niesamoistnych. Izolatory (dielektryki), o paśmie podstawowym całkowicie obsadzonym elektronami przy temperaturze równej 0 °K, mają bardzo znaczną szerokość strefy wzbronionej. Własności izolacyjne dielektryków w temperaturze pokojowej wynikają z małej koncentracji elektronów swobodnych i dziur. W przypadku gdy zachodzi korelacja elektronu i dziury, jako wynik oddziaływania kulombowskiego pomiędzy nimi powstaje ekscyton. Do powstania tych quasi- cząstek prowadzi często absorpcja światła, wywołująca wzbudzenia.

Prace badawcze nad optycznymi właściwościami ciał stałych zostały zapoczątkowane w 1669 roku przez duńskiego naukowca Erasmusa Bartholin'a, który odkrył zjawisko podwójnego załamania światła w kryształach szpatu islandzkiego i nazwał je dwójłomnością. Jest to własność ośrodków optycznych, która prowadzi do rozdwojenia promienia świetlnego. Cechę tę wykazują głównie substancje krystaliczne oraz ciekłe kryształy. Gdy na taki kryształ pada wiązka światła jednorodnego, obserwujemy dwa promienie, załamujące się pod różnym współczynnikiem. Jest to wynikiem różnej polaryzacji wiązki światła padającego na kryształ. Tłumaczy się to przy założeniu różnych współczynników przenikalności dielektrycznej w zależności od płaszczyzny drgania fal elektromagnetycznych. W opisie kryształu szpatu islandzkiego brano pod uwagę tylko symetrię ścian, jednak szybko okazało się, że symetria zewnętrzna stanowi odbicie wewnętrznego uporządkowania atomów w krysztale. W 1833 roku uczony F.E. Neumann opisał w jaki sposób symetria kryształów wpływa na zjawiska optyczne. Już sto lat wcześniej, Stephen Gray zaobserwował różnice we właściwościach przewodzących różnych ciał stałych, co zostało głębiej opisane przez Franza Urlicha Theodora Apinusa (jednak naukowiec ten nie zakładał istnienia materiałów o właściwościach pośrednich). Na wpływie ośrodka na pole magnetyczne skupił się Michael Faraday, fizyk i chemik angielski, jeden z najwybitniejszych uczonych XIX w. Niemniej jednak, to dopiero pod koniec XIX wieku poświęcono większą uwagę właściwościom ciał stałych. W tym okresie opisano zjawisko piezoelektryczności. Efekt ten polega na powstawaniu ładunków elektrycznych na przeciwległych ściankach w kryształach wskutek mechanicznych odkształceń wywołanych działaniem zewnętrznego pola elektrycznego przyłożonego do ścianek kryształu. Zjawisko to zostało dokładnie opisane w 1880 roku przez Pierrea i Paula Jacques'a jako powstawanie wewnętrznej polaryzacji elektrycznej w kryształach, wywołanej zewnętrznymi naprężeniami mechanicznymi. Na bardzo gwałtowny rozwój prac badawczych w tej dziedzinie fizyki miało wpływ odkrycie promieniowania rentgenowskiego i inne osiągnięcia fizyków atomowych. Opracowanie przez naukowców rentgenowskich metod badania struktur atomowych ciał stałych umożliwiło wyodrębnienie z ciał w stałym stanie skupienia ciał bezpostaciowych. Rozwój fizyki statystycznej, zwłaszcza opisanie teorii kwantowej, umożliwił wyjaśnienie właściwości cieplnych ciał stałych. W oparciu o założenia mechaniki kwantowej, A.H. Wilson, N.F. Mott, F. Bloch oraz L.Brillouin opisali teorię pasmową ciał stałych, która przewiduje istnienie szeregu pasm energetycznych o skończonych szerokościach, oddzielonych od siebie pewnymi przerwami energetycznymi. Najważniejsza jest przerwa pomiędzy wierzchołkiem pasma walencyjnego a dnem pasma przewodnictwa, zwana przerwą energii wzbronionej (E_g). Innemu znakomitemu uczonemu J.J. Frenklynowi, zawdzięczamy opisanie istoty defektów występujących w sieci krystalicznej a także wyjaśnienie ich wpływu na właściwości ciał stałych. W 1949 roku, dwaj naukowcy J. Bardeen oraz W. Brattain wynaleźli tranzystor (element elektroniczny używany jako przełącznik, lub we wzmacniaczach napięcia prądu) ostrzowy a dwa lata później W. Shockley skonstruował tranzystor warstwowy. Ze względu na dość nietypowe własności elektronowe półprzewodników, substancje te znajdują coraz to nowsze zastosowania w dziedzinie techniki ( tranzystory, termistory, prostowniki, fotodiody, fototranzystory czy diody tunelowe). Także izolujące własności dielektryków mają szerokie zastosowanie w nowoczesnej nauce (w roli generatorów mikrofalowych czy wzmacniaczy).

Ciecze

Ciecz jest substancją będącą w stanie pośrednim między ciałem stałym a gazem. Charakteryzuje się tym, że trudno zmienia objętość, za to nadzwyczaj łatwo kształt. Dzięki tej własności, ciecz przyjmuje kształt naczynia, w którym się znajduje, ale w odróżnieniu od gazu, nie rozszerza się by wypełnić je całe. Na właściwości cieczy wpływa temperatura. Gdy zbliża się ona do wartości, w których ciecz krzepnie (zmienia stan skupienia na stały), substancja może upodabniać się do ciał krystalicznych, natomiast wyższych temperaturach- do substancji gazowych. Cechą różniącą ciecz i gaz są jej międzycząsteczkowe oddziaływania Van der Waalsa, co owocuje napięciem powierzchniowym cieczy (zjawisko polegające na oddziaływaniach międzycząsteczkowych nie znoszących się na granicy cieczy z inną fazą). Z racji uporządkowania na małych obszarach cząstek/atomów cieczy, można doszukiwać się jej podobieństwa do kryształów stałych. Według rosyjskiego uczonego, J.I. Frenkla, atomy cieczy drgają wokół położenia równowagi, jednak z dużo większą łatwością niż ma to miejsce w kryształach przechodzą z jednego położenia równowagi do drugiego. Ciecz wykazuje własności izotropowe (w warunkach normalnych). Można jednak wyodrębnić tzw. ciekłe kryształy o właściwościach anizotropowych. Jest to forma pośrednia pomiędzy stanem ciekłym a stałym. Gdy temperatura jest odpowiednio niska, zaczyna się proces krzepnięcia, skutkiem czego ciecz przechodzi w ciało stałe na drodze krystalizacji.

Cechą każdej cieczy, jest lepkość, czyli inaczej tarcie wewnętrzne powodujące opór przeciwko płynięciu. Wynika ona ze zdolności płynu do przekazywania pędu pomiędzy warstwami o różnych prędkościach. Lepkość rośnie, kiedy temperatura maleje. W przypadku niektórych cieczy, zależność ta jest bardzo gwałtowna, do tego stopnia że uniemożliwia krystalizację. Takie substancje (szkło, lak) stają się bezpostaciowymi ciałami stałymi. W miarę podwyższania temperatury, lepkość jest coraz mniejsza, czemu towarzyszy wzrost intensywności parowania cieczy. W przypadku, gdy substancja zawiera śladowe ilości gazu, po osiągnięciu pewnej temperatury rozpoczyna się proces wrzenia. Kiedy już resztki gazu zostaną usunięte (przykładowo poprzez wygotowanie), po podniesieniu temperatury powyżej temperatury wrzenia następuje przegrzanie cieczy.

Nad właściwościami cieczy skupia się dziedzina fizyczna zwana hydromechaniką, traktująca tę substancję jako ciągłą, poddaną działaniu sił zewnętrznych. Kinetyczna teoria materii natomiast bada procesy, które zachodzą w cieczy na poziomie molekularnym.