ของเหลวเป็นสถานะของสสารที่มีปริมาตรแน่นอนแต่ไม่มีรูปร่างคงที่ เมื่อถูกกักอยู่ในภาชนะและได้รับแรง เช่นแรงโน้มถ่วงของเหลวจะปรับตัวให้เข้ากับรูปร่างภายในของภาชนะในทิศทางของแรงนั้น^{[หมายเหตุ 1 ]}ของเหลวแทบจะไม่สามารถบีอัดได้โดยจะคงปริมาตรไว้แม้ภายใต้ความดัน ความหนาแน่นของของเหลวมักจะใกล้เคียงกับความหนาแน่นของของแข็งและสูงกว่าความหนาแน่นของก๊าซ มาก ของเหลวเป็นรูปแบบหนึ่งของสสารควบแน่นเช่นเดียวกับของแข็ง และเป็นรูปแบบของของไหลเช่นเดียวกับก๊าซ

ของเหลวประกอบด้วยอะตอมหรือโมเลกุลที่ยึดติดกันด้วยพันธะระหว่างโมเลกุลที่มีความแข็งแรงปานกลาง แรงเหล่านี้ทำให้อนุภาคสามารถเคลื่อนที่ไปมาระหว่างกันได้ในขณะที่ยังคงอยู่ใกล้กัน ในทางตรงกันข้าม ของแข็งมีอนุภาคที่ยึดติดกันอย่างแน่นหนาด้วยแรงระหว่างโมเลกุลที่แข็งแรง ทำให้การเคลื่อนที่ของอนุภาคถูกจำกัดอยู่เพียงการสั่นเล็กน้อยในตำแหน่งคงที่ ในขณะที่แก๊สประกอบด้วยอนุภาคที่อยู่ห่างกันและเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระ โดยมีแรงระหว่างโมเลกุลที่อ่อนแอเท่านั้น

เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น โมเลกุลในของเหลวจะสั่นสะเทือนรุนแรงขึ้น ทำให้ระยะห่างระหว่างโมเลกุลเพิ่มขึ้น ณจุดเดือด แรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลจะไม่เพียงพอที่จะยึดโมเลกุลไว้ด้วยกันอีกต่อไป และของเหลวจะเปลี่ยนสถานะเป็นก๊าซ ในทางกลับกัน เมื่ออุณหภูมิลดลง ระยะห่างระหว่างโมเลกุลจะหดตัวลง ณ จุดเยือกแข็งโมเลกุลมักจะเรียงตัวเป็นระเบียบในกระบวนการที่เรียกว่าการตกผลึกและของเหลวจะเปลี่ยนสถานะเป็นของแข็ง

แม้ว่าน้ำในสถานะของเหลวจะมีอยู่มากมายบนโลก แต่ในความเป็นจริงแล้ว สถานะของสสารนี้กลับเป็นสถานะที่พบได้น้อยที่สุดในจักรวาลที่เรารู้จัก เนื่องจากของเหลวต้องการช่วงอุณหภูมิ/ความดันที่ค่อนข้างแคบจึงจะคงอยู่ได้ สสารส่วนใหญ่ที่เรารู้จักในจักรวาลจึงเป็นได้ทั้งก๊าซ (เช่นเมฆระหว่างดาว ) หรือพลาสมา (เช่นดาวฤกษ์ )

มี เพียง ธาตุสอง ชนิดเท่านั้น ที่เป็นของเหลวภายใต้สภาวะ^{มาตรฐาน}ของอุณหภูมิและความดันได้แก่ปรอทและโบรมีนธาตุอีกสี่ชนิดมีจุดหลอมเหลวสูงกว่าอุณหภูมิห้อง เล็กน้อย ได้แก่แฟรนเซียมซีเซียมแกลเลียมและรูบิเดียม [ ^{1 ]}

สารบริสุทธิ์ที่เป็นของเหลวภายใต้สภาวะปกติ ได้แก่น้ำเอทานอลและตัวทำละลายอินทรีย์อื่นๆ อีกมากมาย น้ำที่เป็นของเหลวมีความสำคัญอย่างยิ่งในทางเคมีและชีววิทยา และจำเป็นต่อสิ่งมีชีวิตทุกรูปแบบที่รู้จัก^{[ 2 ] [ 3 ]} ของเหลว อนินทรีย์ในหมวดหมู่นี้ ได้แก่ ตัวทำละลายอนินทรี ย์ ที่ไม่ใช่น้ำและกรด หลายชนิด

สารผสมที่เป็นของเหลวที่อุณหภูมิห้อง ได้แก่โลหะผสมเช่นกาลินสแตน (โลหะผสมแกลเลียม-อินเดียม-ดีบุกที่หลอมเหลวที่ −19 °C หรือ −2 °F) และอะมัลกัม บางชนิด (โลหะผสมที่มีปรอท) ^{[ 4 ]}สารผสมบางชนิด เช่น โลหะผสมโซเดียม-โพแทสเซียมNaKจะเป็นของเหลวที่อุณหภูมิห้อง แม้ว่าธาตุแต่ละชนิดจะเป็นของแข็งภายใต้สภาวะเดียวกัน (ดูสารผสมยูเทคติก ) ^{[ 5 ]}สารผสมที่เป็นของเหลวในชีวิตประจำวัน ได้แก่สารละลายในน้ำเช่นน้ำยาฟอกขาวใน ครัวเรือน สารผสมอื่นๆ ของสารต่างๆ เช่นน้ำมันแร่และน้ำมันเบนซินอิมัลชันเช่นน้ำสลัดหรือมายองเนสสารแขวนลอยเช่น เลือด และคอลลอยด์เช่นสีและนม

ก๊าซหลายชนิดสามารถทำให้เป็นของเหลวได้โดยการทำความเย็น ทำให้เกิดของเหลว เช่นออกซิเจนเหลวไนโตรเจนเหลวไฮโดรเจนเหลวและฮีเลียมเหลวอย่างไรก็ตาม ก๊าซบางชนิดไม่สามารถทำให้เป็นของเหลวได้ที่ความดันบรรยากาศตัวอย่างเช่นคาร์บอนไดออกไซด์ จะแข็งตัวเป็น น้ำแข็งแห้ง โดยตรง แทนที่จะกลายเป็นของเหลว และสามารถทำให้เป็นของเหลวได้เฉพาะที่ความดันสูงกว่า 5.1 atmเท่านั้น^{[ 6 ]}ของเหลวส่วนใหญ่จะแข็งตัวเมื่ออุณหภูมิลดลงไปอีกฮีเลียมเหลวเป็นข้อยกเว้น เนื่องจากมันไม่แข็งตัวแม้ที่อุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์ (0 K) ภายใต้ความดันมาตรฐานเนื่องจากคุณสมบัติทางควอนตัมของมัน^{[ 7 ]}

ปริมาณของของเหลวจะวัดเป็นหน่วยปริมาตรซึ่งรวมถึง หน่วย SIลูกบาศก์เมตร (m³ ⁾และหน่วยย่อยต่างๆ โดยเฉพาะลูกบาศก์เดซิเมตร ซึ่งโดยทั่วไปเรียกว่าลิตร (1 dm³ ⁼ 1 L = 0.001 m³ ^{) และลูกบาศก์เซนติเมตร หรือที่เรียกว่ามิลลิลิตร (} 1 cm³ ⁼ 1 mL = 0.001 L = ^10⁻⁶ m³ ^{) [} 8 ^]

ปริมาตรของของเหลวปริมาณหนึ่งถูกกำหนดโดยอุณหภูมิและความดันโดยทั่วไปของเหลวจะขยายตัวเมื่อได้รับความร้อนและหดตัวเมื่อเย็นลง น้ำที่มีอุณหภูมิระหว่าง 0 °C ถึง 4 °C ถือเป็นข้อยกเว้นที่สำคัญ^{[ 9 ]}

ในทางกลับกัน ของเหลวมีความสามารถในการอัดตัวได้ น้อย ตัวอย่างเช่น น้ำจะอัดตัวได้เพียง 46.4 ส่วนต่อล้านส่วนต่อหน่วยความดันบรรยากาศ ที่เพิ่มขึ้น (บาร์) ^{[ 10 ]}ที่ความดันประมาณ 4000 บาร์ (400 เมกะปาสคาลหรือ 58,000 psi ) ที่อุณหภูมิห้อง น้ำจะมีปริมาตรลดลงเพียง 11% ^{[ 11 ]}การที่ไม่สามารถอัดตัวได้ทำให้ของเหลวเหมาะสมสำหรับการส่งกำลังไฮดรอลิกเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงความดัน ณ จุดหนึ่งในของเหลวจะถูกส่งผ่านไปยังส่วนอื่นๆ ของของเหลวโดยไม่ลดทอน และพลังงานจะสูญเสียไปในรูปของการอัดตัวน้อยมาก^{[ 12 ]}

อย่างไรก็ตาม ความสามารถในการอัดตัวที่น้อยมากนั้นนำไปสู่ปรากฏการณ์อื่นๆ การกระแทกของท่อที่เรียกว่าค้อนน้ำเกิดขึ้นเมื่อวาล์วถูกปิดอย่างกะทันหัน ทำให้เกิดแรงดันพุ่งสูงขึ้นอย่างมากที่วาล์ว ซึ่งเดินทางย้อนกลับผ่านระบบด้วยความเร็วเกือบเท่าความเร็วเสียง อีกปรากฏการณ์หนึ่งที่เกิดจากความไม่สามารถอัดตัวได้ของของเหลวคือการเกิดโพรงอากาศเนื่องจากของเหลวมีความยืดหยุ่น น้อย จึงสามารถถูกดึงแยกออกจากกันได้ในบริเวณที่มีความปั่นป่วนสูงหรือมีการเปลี่ยนแปลงทิศทางอย่างรวดเร็ว เช่น ขอบท้ายของใบพัดเรือหรือมุมแหลมในท่อ ของเหลวในบริเวณที่มีความดันต่ำ (สุญญากาศ) จะระเหยและก่อตัวเป็นฟองอากาศ จากนั้นฟองอากาศจะยุบตัวลงเมื่อเข้าสู่บริเวณที่มีความดันสูง สิ่งนี้ทำให้ของเหลวเติมเต็มโพรงที่เหลืออยู่จากฟองอากาศด้วยแรงเฉพาะที่มหาศาล กัดกร่อนพื้นผิวของแข็งที่อยู่ติดกัน^{[ 13 ]}

ในสนามโน้มถ่วงของเหลวจะออกแรงดันที่ด้านข้างของภาชนะรวมถึงสิ่งใดก็ตามที่อยู่ภายในของเหลวเอง แรงดันของของเหลวจะถูกส่งผ่านในทุกทิศทางและเพิ่มขึ้นตามความลึก หากของเหลวหยุดนิ่งในสนามโน้มถ่วงสม่ำเสมอ แรงดันที่ระดับความลึกจะกำหนดโดย^{[ 14 ]}${\displaystyle p}$${\displaystyle z}$

${\displaystyle p=p_{0}+\rho gz\,}$

ที่ไหน:

${\displaystyle p_{0}\,}$คือความดันที่พื้นผิว

${\displaystyle \rho \,}$คือความหนาแน่นของของเหลว ซึ่งถือว่าสม่ำเสมอตามความลึก

${\displaystyle g\,}$คือความเร่งโน้มถ่วง

สำหรับแหล่งน้ำที่เปิดโล่งสู่อากาศความดันบรรยากาศจะเป็นเท่าใด ${\displaystyle p_{0}}$

ของเหลวนิ่งในสนามแรงโน้มถ่วงสม่ำเสมอยังแสดงปรากฏการณ์การลอยตัวโดยวัตถุที่จุ่มอยู่ในของเหลวจะได้รับแรงสุทธิเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงความดันตามความลึก ขนาดของแรงเท่ากับน้ำหนักของของเหลวที่ถูกแทนที่โดยวัตถุ และทิศทางของแรงขึ้นอยู่กับความหนาแน่นเฉลี่ยของวัตถุที่จุ่มอยู่ หากความหนาแน่นน้อยกว่าความหนาแน่นของของเหลว แรงลอยตัวจะชี้ขึ้นและวัตถุจะลอย ในขณะที่หากความหนาแน่นมากกว่าแรงลอยตัวจะชี้ลงและวัตถุจะจม นี่คือสิ่งที่เรียกว่าหลักการของอาร์คิมิดีส^{[ 15 ]}

เว้นแต่ปริมาตรของของเหลวจะตรงกับปริมาตรของภาชนะพอดี จะสังเกตเห็นพื้นผิวอย่างน้อยหนึ่งพื้นผิว การมีพื้นผิวทำให้เกิดปรากฏการณ์ใหม่ที่ไม่มีอยู่ในของเหลวปริมาณมาก เนื่องจากโมเลกุลที่พื้นผิวจะมีพันธะกับโมเลกุลของของเหลวอื่นเฉพาะด้านในของพื้นผิวเท่านั้น ซึ่งหมายถึงแรงสุทธิที่ดึงโมเลกุลที่พื้นผิวเข้าด้านใน ในทำนองเดียวกัน แรงนี้สามารถอธิบายได้ในแง่ของพลังงาน: มีพลังงานคงที่จำนวนหนึ่งที่เกี่ยวข้องกับการสร้างพื้นผิวที่มีพื้นที่ที่กำหนด ปริมาณนี้เป็นคุณสมบัติของวัสดุที่เรียกว่า^แรงตึงผิวในหน่วยของพลังงานต่อหน่วยพื้นที่ (หน่วย SI: J / m² ) ของเหลวที่มีแรงระหว่างโมเลกุลที่แข็งแรงมักจะมีแรงตึงผิวสูง^{[ 16 ]}

ผลในทางปฏิบัติของแรงตึงผิวคือของเหลวมีแนวโน้มที่จะลดพื้นที่ผิวของตัวเองให้เหลือน้อยที่สุด ทำให้เกิดหยด ทรงกลม และฟองอากาศเว้นแต่จะมีข้อจำกัดอื่นๆ แรงตึงผิวเป็นสาเหตุของปรากฏการณ์อื่นๆ อีกมากมาย เช่นคลื่นผิวน้ำ การไหลซึมผ่านของเหลว ในหลอดแคปิลลารีการเปียกและริ้วคลื่นในของเหลวที่ถูกจำกัดในระดับนาโน แรงตึงผิวสามารถมีบทบาทสำคัญได้ เนื่องจากเมื่อเปรียบเทียบกับตัวอย่างของเหลวในระดับมหภาคแล้ว โมเลกุลจำนวนมากจะอยู่ใกล้พื้นผิวมากกว่า

แรงตึงผิวของของเหลวส่งผลโดยตรงต่อความสามารถ ในการเปียกของ ของเหลวนั้น ของเหลวทั่วไปส่วนใหญ่มีแรงตึงอยู่ในช่วงหลายสิบมิลลิจูลต่อตารางเมตร^{ดังนั้น}หยดน้ำมัน น้ำ หรือกาวจึงสามารถรวมตัวและเกาะติดกับพื้นผิวอื่นได้ง่าย ในขณะที่โลหะเหลว เช่น ปรอท อาจมีแรงตึงอยู่ในช่วงหลายร้อยมิลลิจูลต่อตารางเมตร^{ดังนั้น}หยดของเหลวจึงไม่รวมตัวกันได้ง่าย และพื้นผิวอาจเปียกได้ภายใต้เงื่อนไขเฉพาะเท่านั้น

ความตึงผิวของของเหลวทั่วไปจะอยู่ในช่วงค่าที่ค่อนข้างแคบเมื่อสัมผัสกับสภาวะที่เปลี่ยนแปลง เช่น อุณหภูมิ ซึ่งแตกต่างอย่างมากกับการเปลี่ยนแปลงอย่างมหาศาลที่พบในคุณสมบัติทางกลอื่นๆ เช่น ความหนืด^{[ 17 ]}

คุณสมบัติทางกายภาพที่สำคัญอย่างหนึ่งที่บ่งบอกถึงการไหลของของเหลวคือความหนืดโดยทั่วไปแล้ว ความหนืดอธิบายถึงความต้านทานของของเหลวต่อการไหล ในทางเทคนิคแล้ว ความหนืดวัดความต้านทานของของเหลวต่อการเปลี่ยนแปลงรูปร่างในอัตราที่กำหนด เช่น เมื่อถูกเฉือนด้วยความเร็วที่จำกัด^{[ 18 ]}ตัวอย่างเฉพาะคือของเหลวที่ไหลผ่านท่อ ในกรณีนี้ ของเหลวจะเกิดการเปลี่ยนแปลงรูปร่างแบบเฉือน เนื่องจากไหลช้าลงใกล้ผนังท่อมากกว่าใกล้ศูนย์กลาง ส่งผลให้มีความต้านทานการไหลเนื่องจากความหนืด เพื่อรักษาการไหลไว้ ต้องใช้แรงภายนอก เช่น ความแตกต่างของความดันระหว่างปลายท่อ

ความหนืดของของเหลวจะลดลงเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น^{[ 19 ]}

การควบคุมความหนืดอย่างแม่นยำมีความสำคัญในหลายการใช้งาน โดยเฉพาะอย่างยิ่งในอุตสาหกรรมการหล่อลื่น วิธีหนึ่งที่จะบรรลุการควบคุมดังกล่าวคือการผสมของเหลวสองชนิดขึ้นไปที่มีความหนืดต่างกันในอัตราส่วนที่แม่นยำ^{[ 20 ]} นอกจากนี้ ยังมีสารเติมแต่งต่างๆ ที่สามารถปรับเปลี่ยนความหนืดของน้ำมันหล่อลื่นที่ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิได้ ความสามารถนี้มีความสำคัญเนื่องจากเครื่องจักรส่วนใหญ่มักทำงานในช่วงอุณหภูมิที่หลากหลาย (ดูดัชนีความหนืด ด้วย ) ^{[ 21 ]}

พฤติกรรมความหนืดของของเหลวอาจเป็นแบบนิวตันหรือแบบไม่นิวตันของเหลวแบบนิวตันแสดงเส้นโค้งความเครียด/ความเค้นเชิงเส้น ซึ่งหมายความว่าความหนืดของมันไม่ขึ้นอยู่กับเวลา อัตราการเฉือน หรือประวัติอัตราการเฉือน ตัวอย่างของของเหลวแบบนิวตัน ได้แก่ น้ำกลีเซอรีนน้ำมันเครื่องน้ำผึ้งหรือปรอท ของเหลวแบบไม่นิวตันคือของเหลวที่ความหนืดไม่ขึ้นอยู่กับปัจจัยเหล่านี้ และจะข้นขึ้น (ความหนืดเพิ่มขึ้น) หรือเหลวลง (ความหนืดลดลง) ภายใต้การเฉือน ตัวอย่างของของเหลวแบบไม่นิวตัน ได้แก่ซอสมะเขือเทศคัสตาร์ดหรือสารละลายแป้ง^{[ 22 ]}

ความเร็วเสียงในของเหลวจะกำหนดโดย โดยที่คือโมดูลัสปริมาตรของของเหลว และคือความหนาแน่น ตัวอย่างเช่น น้ำมีโมดูลัสปริมาตรประมาณ 2.2 GPaและความหนาแน่น 1000 kg/m³ ^ซึ่งให้c = 1.5 km/s ^{[ 23 ]}${\displaystyle c={\sqrt {K/\rho }}}$${\displaystyle K}$${\displaystyle \rho }$

โครงสร้างระดับจุลภาคของของเหลวมีความซับซ้อนและในอดีตเป็นหัวข้อของการวิจัยและการถกเถียงอย่างเข้มข้น^{[ 24 ] [ 25 ] [ 26 ] [ 27 ]}ของเหลวประกอบด้วยการจัดเรียงโมเลกุลที่หนาแน่นและไม่เป็นระเบียบ ซึ่งแตกต่างจากสถานะทั่วไปอีกสองสถานะของสสาร ได้แก่ ก๊าซและของแข็ง แม้ว่าก๊าซจะไม่เป็นระเบียบ แต่โมเลกุลก็แยกออกจากกันอย่างดีในอวกาศและมีปฏิสัมพันธ์กันเป็นหลักผ่านการชนกันระหว่างโมเลกุล ในทางกลับกัน แม้ว่าโมเลกุลในของแข็งจะบรรจุกันอย่างหนาแน่น แต่โดยทั่วไปแล้วจะเรียงตัวเป็นโครงสร้างที่เป็นระเบียบ เช่นโครงผลึก ( แก้วเป็นข้อยกเว้นที่น่าสังเกต)

แม้ว่าของเหลวจะไม่แสดงการเรียงตัวในระยะยาวเหมือนในโครงผลึก แต่ก็มีการเรียงตัวในระยะสั้นซึ่งคงอยู่ได้ในระยะไม่กี่เส้นผ่านศูนย์กลางของโมเลกุล^{[ 28 ] [ 29 ]}

ในของเหลวทั้งหมด ปฏิสัมพันธ์ของปริมาตรที่ถูกกีดกันจะเหนี่ยวนำให้เกิดระเบียบระยะสั้นในตำแหน่งโมเลกุล (พิกัดศูนย์กลางมวล) ของเหลวอะตอมเดี่ยวแบบคลาสสิก เช่น อาร์กอนและคริปตอน เป็นตัวอย่างที่ง่ายที่สุด ของเหลวดังกล่าวสามารถจำลองได้เป็น "กอง" ที่ไม่เป็นระเบียบของทรงกลมที่บรรจุอย่างหนาแน่น และระเบียบระยะสั้นนั้นสอดคล้องกับข้อเท็จจริงที่ว่าเพื่อนบ้านที่ใกล้ที่สุดและเพื่อนบ้านถัดไปในการบรรจุทรงกลมมีแนวโน้มที่จะแยกจากกันด้วยจำนวนเต็มเท่าของเส้นผ่านศูนย์กลาง^{[ 30 ] [ 31 ]}

ในของเหลวส่วนใหญ่ โมเลกุลไม่ได้มีรูปร่างเป็นทรงกลม และแรงระหว่างโมเลกุลมีทิศทาง กล่าวคือ ขึ้นอยู่กับการวางตัวสัมพัทธ์ของโมเลกุล ส่งผลให้มีระเบียบเชิงทิศทางในระยะสั้น นอกเหนือจากระเบียบเชิงตำแหน่งที่กล่าวถึงข้างต้น ระเบียบเชิงทิศทางมีความสำคัญอย่างยิ่งใน ของเหลว ที่มีพันธะไฮโดรเจนเช่น น้ำ^{[ 32 ] [ 33 ]}ความแข็งแรงและลักษณะเชิงทิศทางของพันธะไฮโดรเจนผลักดันให้เกิดการก่อตัวของ "เครือข่าย" หรือ "กลุ่ม" ของโมเลกุลในระดับท้องถิ่น เนื่องจากความสำคัญของความผันผวนทางความร้อนในของเหลว (เมื่อเทียบกับของแข็ง) โครงสร้างเหล่านี้จึงมีความเปลี่ยนแปลงสูง เปลี่ยนแปลงรูปร่าง แตกหัก และก่อตัวใหม่อย่างต่อเนื่อง^{[ 30 ] [ 32 ]}

ในขณะที่ของเหลวทั่วไปขาดระเบียบในระยะยาว วัสดุบางชนิดแสดงพฤติกรรมระดับกลาง ตัวอย่างเช่น ผลึกเหลวไหลเหมือนของเหลว แต่แสดงการจัดเรียงเชิงทิศทางในระยะยาวของโมเลกุล ซึ่งแตกต่างจากของแข็งตรงที่ผลึกเหลวขาดระเบียบเชิงการแปลในระยะยาว แต่คุณสมบัติที่ไม่สมมาตรทำให้ผลึกเหลวแตกต่างจากของเหลวทั่วไป ส่งผลให้ผลึกเหลวถือเป็นสถานะของ สสารที่แตกต่างออกไป ผลึกเหลว ถูกนำไปใช้ในเทคโนโลยีต่างๆ เช่นจอแสดงผลผลึกเหลว (LCD) ^{[ 34 ]}

ลักษณะเฉพาะของของเหลวในระดับจุลภาคเกิดจากปฏิสัมพันธ์ระหว่างแรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลและแรงเอนโทรปี^{[ 35 ]}

แรงดึงดูดมีแนวโน้มที่จะดึงโมเลกุลเข้าหากัน และเมื่อรวมกับปฏิสัมพันธ์แบบผลักกันในระยะสั้น แรงดึงดูดเหล่านี้จึงเป็นแรงหลักที่อยู่เบื้องหลังโครงสร้างปกติของของแข็ง แรงเอนโทรปีไม่ใช่ "แรง" ในความหมายทางกลศาสตร์ แต่เป็นการอธิบายแนวโน้มของระบบที่จะเพิ่มเอนโทรปี ให้สูงสุด ที่พลังงานคงที่ (ดูกลุ่มไมโครแคนอนิก ) โดยคร่าวๆ แล้ว แรงเอนโทรปีจะผลักโมเลกุลให้ห่างจากกัน ทำให้ปริมาตรที่พวกมันครอบครองมีค่าสูงสุด แรงเอนโทรปีมีบทบาทสำคัญในแก๊สและอธิบายแนวโน้มของแก๊สที่จะเติมเต็มภาชนะ ในทางตรงกันข้าม ในของเหลว แรงระหว่างโมเลกุลและแรงเอนโทรปีมีค่าใกล้เคียงกัน ดังนั้นจึงไม่สามารถละเลยแรงใดแรงหนึ่งเพื่อประโยชน์ของอีกแรงหนึ่งได้ ในเชิงปริมาณ พลังงานยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลที่อยู่ติดกันมีขนาดใกล้เคียงกับพลังงานความร้อน^{[ 36 ]}${\displaystyle k_{\text{B}}T}$

การแข่งขันระหว่างพลังงานและเอนโทรปีทำให้ของเหลวยากที่จะสร้างแบบจำลองในระดับโมเลกุล เนื่องจากไม่มี "สถานะอ้างอิง" ในอุดมคติที่สามารถใช้เป็นจุดเริ่มต้นสำหรับคำอธิบายทางทฤษฎีที่จัดการได้ ในทางคณิตศาสตร์ ไม่มีพารามิเตอร์ขนาดเล็กใดที่สามารถพัฒนาทฤษฎีการรบกวน อย่างเป็นระบบ ได้^{[ 25 ]}สถานการณ์นี้แตกต่างจากทั้งก๊าซและของแข็ง สำหรับก๊าซ สถานะอ้างอิงคือก๊าซในอุดมคติและความหนาแน่นสามารถใช้เป็นพารามิเตอร์ขนาดเล็กเพื่อสร้างทฤษฎีของก๊าซจริง (ไม่ใช่ก๊าซในอุดมคติ) (ดูการขยายแบบวิเรียล ) ^{[ 37 ]}สำหรับของแข็งผลึก สถานะอ้างอิงคือโครงผลึกที่สมบูรณ์แบบ และพารามิเตอร์ขนาดเล็กที่เป็นไปได้คือการเคลื่อนที่ทางความร้อนและข้อบกพร่องของโครงผลึก^{[ 32 ]}

เช่นเดียวกับสสารทุกรูปแบบที่รู้จัก ของเหลวเป็นกลศาสตร์ควอนตัม โดยพื้นฐาน อย่างไรก็ตาม ภายใต้สภาวะมาตรฐาน (ใกล้อุณหภูมิและความดันห้อง) พฤติกรรมระดับมหภาคของของเหลวส่วนใหญ่สามารถเข้าใจได้ในแง่ของกลศาสตร์คลาสสิก [ ^{36 ] [ 38 ] "}ภาพแบบคลาสสิก" ตั้งสมมติฐานว่าโมเลกุลที่เป็นส่วนประกอบเป็นหน่วยที่แยกจากกันซึ่งมีปฏิสัมพันธ์กันผ่านแรงระหว่างโมเลกุลตามกฎการเคลื่อนที่ของนิวตันผลที่ได้คือ คุณสมบัติระดับมหภาคของพวกมันสามารถอธิบายได้โดยใช้กลศาสตร์สถิติแบบคลาสสิกแม้ว่ากฎแรงระหว่างโมเลกุลจะมาจากกลศาสตร์ควอนตัมในทางเทคนิค แต่โดยทั่วไปแล้วจะเข้าใจว่าเป็นข้อมูลป้อนเข้าแบบจำลองสำหรับทฤษฎีคลาสสิก ซึ่งได้มาจากการปรับให้เข้ากับข้อมูลการทดลองหรือจากขีดจำกัดแบบคลาสสิกของคำอธิบายทางกลศาสตร์ควอนตัม^{[ 39 ] [ 28 ]}ตัวอย่างที่แสดงให้เห็นอย่างชัดเจน แม้ว่าจะเรียบง่ายมากก็ตาม คือ กลุ่มของโมเลกุลทรงกลมที่มีปฏิสัมพันธ์กันผ่านศักยภาพของ Lennard- Jones ^{[ 36 ]}

ตารางที่ 1: ความยาวคลื่นเดอ บรอยล์ความร้อนของของเหลวที่เลือก^{[ 36 ]} ผลกระทบควอนตัมนั้นเล็กน้อยเมื่ออัตราส่วนมีขนาดเล็ก โดยที่คือระยะห่างเฉลี่ยระหว่างโมเลกุล ${\displaystyle \Lambda }$${\displaystyle \Lambda /a}$${\displaystyle a}$

ของเหลว	อุณหภูมิ (เคลวิน)	${\displaystyle \Lambda }$(นาโนเมตร)	${\displaystyle \Lambda /a}$
ไฮโดรเจน (H 2 )	14.1	0.33	0.97
นีออน	24.5	0.078	0.26
คริปทอน	116	0.018	0.046
คาร์บอนเตตระคลอไรด์ ( CCl₄ )	250	0.009	0.017

เพื่อให้ขีดจำกัดแบบคลาสสิกใช้ได้ เงื่อนไขที่จำเป็นคือความยาวคลื่นเดอ บรอยล์ทาง ความร้อน

${\displaystyle \Lambda =\left({\frac {2\pi \hbar ^{2}}{mk_{\text{B}}T}}\right)^{1/2}}$

มีขนาดเล็กเมื่อเทียบกับขนาดความยาวที่กำลังพิจารณา^{[ 36 ] [ 40 ]}ในที่นี้คือค่าคงที่ของพลังค์และคือมวลของโมเลกุล ค่าทั่วไปของอยู่ที่ประมาณ 0.01-0.1 นาโนเมตร (ตารางที่ 1) ดังนั้น แบบจำลองความละเอียดสูงของโครงสร้างของเหลวในระดับนาโนอาจต้องพิจารณาทางกลศาสตร์ควอนตัม ตัวอย่างที่โดดเด่นคือพันธะไฮโดรเจนในของเหลวที่เกี่ยวข้อง เช่น น้ำ^{[ 41 ] [ 42 ]}ซึ่งเนื่องจากมวลของโปรตอนมีขนาดเล็ก ผลกระทบทางควอนตัมโดยธรรมชาติ เช่นการเคลื่อนที่แบบศูนย์จุดและการทะลุผ่านจึงมีความสำคัญ^{[ 43 ]}${\displaystyle \hbar }$${\displaystyle m}$${\displaystyle \Lambda }$

เพื่อให้ของเหลวมีพฤติกรรมแบบคลาสสิกในระดับมหภาคจะต้องมีขนาดเล็กเมื่อเทียบกับระยะห่างเฉลี่ย ระหว่างโมเลกุล^{[ 36 ]}นั่นคือ ${\displaystyle \Lambda }$${\displaystyle a\approx \rho ^{-1/3}}$

${\displaystyle {\frac {\Lambda }{a}}\ll 1}$

ค่าตัวแทนของอัตราส่วนนี้สำหรับของเหลวบางชนิดแสดงอยู่ในตารางที่ 1 สรุปได้ว่าผลกระทบควอนตัมมีความสำคัญสำหรับของเหลวที่อุณหภูมิต่ำและมีมวลโมเลกุลน้อย^{[ 36 ] [ 38 ]}สำหรับกระบวนการไดนามิก มีข้อจำกัดของช่วงเวลาเพิ่มเติม:

${\displaystyle \tau \gg {\frac {h}{k_{B}T}}}$

โดยที่ช่วงเวลาของกระบวนการที่กำลังพิจารณาอยู่คือเท่าใด สำหรับของเหลวที่อุณหภูมิห้อง ด้านขวามือจะอยู่ที่ประมาณ 10 ⁻¹⁴วินาที ซึ่งโดยทั่วไปหมายความว่ากระบวนการที่ขึ้นอยู่กับเวลาซึ่งเกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่แบบแปลสามารถอธิบายได้แบบคลาสสิก^{[ 36 ]}${\displaystyle \tau }$

ที่อุณหภูมิต่ำมาก แม้แต่พฤติกรรมระดับมหภาคของของเหลวบางชนิดก็ยังเบี่ยงเบนจากกลศาสตร์คลาสสิก ตัวอย่างที่น่าสนใจคือไฮโดรเจนและฮีเลียม เนื่องจากอุณหภูมิและมวลที่ต่ำ ของเหลวดังกล่าวจึงมีความยาวคลื่นเดอ บรอยล์ทางความร้อนที่เทียบได้กับระยะห่างเฉลี่ยระหว่างโมเลกุล^{[ 36 ]}

สูตรที่ใช้แสดงความเร็วเสียงของของเหลว

${\displaystyle c={\sqrt {K/\rho }}}$,

ประกอบด้วยโมดูลัสปริมาตรKถ้าKไม่ขึ้นกับความถี่ ของเหลวนั้นจะมีพฤติกรรมเหมือนตัวกลางเชิงเส้น ทำให้เสียงแพร่กระจายได้โดยไม่มีการสูญเสียหรือการจับคู่โหมดในความเป็นจริง ของเหลวทุกชนิดแสดงการกระจายตัว บ้าง กล่าว คือ เมื่อความถี่เพิ่มขึ้นKจะเปลี่ยนจากขีดจำกัดความถี่ต่ำที่เหมือนของเหลว ไปสู่ขีดจำกัดความถี่สูงที่เหมือนของแข็งในของเหลวปกติ การเปลี่ยนแปลงส่วนใหญ่เกิดขึ้นที่ความถี่ระหว่าง GHz และ THz ซึ่งบางครั้งเรียกว่าไฮเปอร์ซาวด์ ${\displaystyle K_{0}}$${\displaystyle K_{\infty }}$

ที่ความถี่ต่ำกว่ากิกะเจิง ของเหลวปกติไม่สามารถรักษาคลื่นเฉือน ได้ : ขีดจำกัดความถี่ศูนย์ของโมดูลัสเฉือนคือ 0 บางครั้งสิ่งนี้ถูกมองว่าเป็นคุณสมบัติที่กำหนดของของเหลว^{[ 44 ] [ 45 ]}อย่างไรก็ตาม เช่นเดียวกับโมดูลัสปริมาตรKโมดูลัสเฉือนGก็ขึ้นอยู่กับความถี่เช่นกันและแสดงจุดตัดที่คล้ายกันที่ความถี่ไฮเปอร์ซาวด์

ตามทฤษฎีการตอบสนองเชิงเส้นการแปลงฟูริเยร์ของKหรือGอธิบายว่าระบบกลับคืนสู่สมดุลได้อย่างไรหลังจากได้รับการรบกวนจากภายนอก ด้วยเหตุนี้ ขั้นตอนการกระจายตัวในช่วงความถี่ GHz ถึง THz จึงเรียกว่าการผ่อนคลายเมื่อของเหลวเย็นตัวลงต่ำกว่าจุดเปลี่ยนสถานะเป็นแก้ว เวลาการผ่อนคลายโครงสร้างจะเพิ่มขึ้นแบบเอกซ์โปเนนเชียล ซึ่งอธิบายพฤติกรรมความยืดหยุ่นหนืดของของเหลวที่ก่อตัวเป็นแก้วได้

การที่ของเหลวไม่มีระเบียบระยะยาวนั้น สะท้อนให้เห็นได้จากการที่ไม่มีพีคแบร็ก (Bragg peaks)ใน การเลี้ยวเบนของ รังสีเอกซ์และนิวตรอนภายใต้สภาวะปกติ รูปแบบการเลี้ยวเบนจะมีสมมาตรแบบวงกลม ซึ่งแสดงถึงความเป็นเนื้อเดียวกันของของเหลว ความเข้มของการเลี้ยวเบนจะแกว่งไปมาอย่างราบรื่นในแนวรัศมี ซึ่งสามารถอธิบายได้ด้วยแฟกเตอร์โครงสร้างสถิต (static structure factor ) โดยที่เลขคลื่น (wavenumber ) กำหนดโดยความยาวคลื่นของตัวตรวจวัด (โฟตอนหรือนิวตรอน) และมุมแบร็ก (Bragg angle ) การแกว่งของแสดงถึงระเบียบระยะสั้นของของเหลว กล่าวคือ ความสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลกับ "กลุ่ม" ของเพื่อนบ้านที่อยู่ใกล้ที่สุด เพื่อนบ้านที่อยู่ถัดไป และอื่นๆ ${\displaystyle S(q)}$${\displaystyle q=(4\pi /\lambda )\sin \theta }$${\displaystyle \lambda }$${\displaystyle \theta }$${\displaystyle S(q)}$

การแสดงความสัมพันธ์เหล่านี้ในรูปแบบที่เทียบเท่ากันคือ^{ฟังก์ชัน}การกระจายแบบรัศมี ซึ่งเกี่ยวข้องกับการแปลงฟูริเยร์ของ^{[ 30} ] โดยแสดงถึงค่าเฉลี่ยเชิงพื้นที่ของภาพรวมชั่วคราวของความสัมพันธ์แบบคู่ในของเหลว ${\displaystyle g(r)}$${\displaystyle S(q)}$

ที่อุณหภูมิต่ำกว่าจุดเดือดสสารใดๆ ในรูปของเหลวจะระเหยไปจนกว่าจะถึงสมดุลกับกระบวนการควบแน่นของไอน้ำที่ย้อนกลับ ณ จุดนี้ ไอน้ำจะควบแน่นในอัตราเดียวกับที่ของเหลวระเหย ดังนั้น ของเหลวจึงไม่สามารถคงอยู่ได้ตลอดไปหากของเหลวที่ระเหยไปถูกกำจัดออกไปอย่างต่อเนื่อง^{[ 46 ]}ของเหลวที่อุณหภูมิเท่ากับหรือสูงกว่าจุดเดือดโดยปกติจะเดือด แม้ว่าการให้ความร้อนสูงเกินไปอาจป้องกันไม่ให้เกิดการเดือดได้ในบางสถานการณ์

ที่อุณหภูมิต่ำกว่าจุดเยือกแข็ง ของเหลวจะเริ่มตกผลึกเปลี่ยนไปเป็นของแข็ง ต่างจากการเปลี่ยนไปเป็นแก๊ส ตรงที่ไม่มีสมดุลเกิดขึ้นในการเปลี่ยนสถานะนี้ภายใต้ความดันคงที่ ดังนั้น เว้นแต่จะ เกิด ภาวะเย็นยิ่งยวดของเหลวจะตกผลึกจนหมดในที่สุด อย่างไรก็ตาม นี่เป็นความจริงเฉพาะภายใต้ความดันคงที่เท่านั้น ดังนั้น (ตัวอย่างเช่น) น้ำและน้ำแข็งในภาชนะปิดที่แข็งแรง อาจถึงสมดุลที่ทั้งสองสถานะอยู่ร่วมกันได้ สำหรับการเปลี่ยนสถานะตรงกันข้ามจากของแข็งเป็นของเหลว โปรดดูที่การ หลอมเหลว

แผนภาพเฟสอธิบายว่าทำไมของเหลวจึงไม่มีอยู่ในอวกาศหรือสุญญากาศอื่นใด เนื่องจากความดันเป็นศูนย์โดยพื้นฐาน (ยกเว้นบนพื้นผิวหรือภายในของดาวเคราะห์และดวงจันทร์) น้ำและของเหลวอื่น ๆ ที่สัมผัสกับอวกาศจะเดือดหรือแข็งตัวทันทีขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ ในบริเวณอวกาศใกล้โลก น้ำจะแข็งตัวหากดวงอาทิตย์ไม่ได้ส่องลงมาโดยตรง และจะระเหยกลายเป็นไอ (ระเหิด) ทันทีที่ได้รับแสงแดด หากน้ำมีอยู่เป็นน้ำแข็งบนดวงจันทร์ มันจะสามารถมีอยู่ได้เฉพาะในหลุมที่มืดซึ่งดวงอาทิตย์ไม่เคยส่องถึง และหินโดยรอบไม่ได้ทำให้มันร้อนมากเกินไป ณ จุดหนึ่งใกล้กับวงโคจรของดาวเสาร์ แสงจากดวงอาทิตย์อ่อนเกินไปที่จะทำให้น้ำแข็งระเหิดกลายเป็นไอน้ำ สิ่งนี้เห็นได้ชัดจากอายุยืนยาวของน้ำแข็งที่ประกอบเป็นวงแหวนของดาวเสาร์^{[ 47 ]}

ของเหลวสามารถเกิดเป็นสารละลายกับก๊าซ ของแข็ง และของเหลวอื่นๆ ได้

ของเหลวสองชนิดจะผสมกันได้หากสามารถก่อให้เกิดสารละลายได้ในทุกสัดส่วน มิฉะนั้นจะผสมกันไม่ได้ ตัวอย่างเช่น น้ำและเอทานอล (แอลกอฮอล์สำหรับดื่ม) สามารถผสมกันได้ ในขณะที่น้ำและน้ำมันเบนซินไม่สามารถผสมกันได้^{[ 48 ]}ในบางกรณี ส่วนผสมของของเหลวที่ไม่สามารถผสมกันได้สามารถทำให้เสถียรเพื่อก่อให้เกิดอิมัลชันโดยที่ของเหลวชนิดหนึ่งกระจายอยู่ทั่วอีกชนิดหนึ่งในรูปของหยดเล็กๆ โดยปกติแล้วจะต้องมีสารลดแรงตึงผิวเพื่อทำให้หยดเหล่านั้นเสถียร ตัวอย่างที่คุ้นเคยของอิมัลชันคือมายองเนสซึ่งประกอบด้วยส่วนผสมของน้ำและน้ำมันที่ทำให้เสถียรโดยเลซิตินซึ่งเป็นสารที่พบในไข่แดง^{[ 49 ]}

ของเหลวมีประโยชน์ในฐานะสารหล่อลื่นเนื่องจากความสามารถในการสร้างชั้นบาง ๆ ที่ไหลได้อย่างอิสระระหว่างวัสดุที่เป็นของแข็ง สารหล่อลื่นเช่นน้ำมันถูกเลือกตามความหนืดและลักษณะการไหลที่เหมาะสมตลอด ช่วง อุณหภูมิการทำงานของชิ้นส่วน น้ำมันมักใช้ในเครื่องยนต์เกียร์บ็อกซ์งานโลหะและระบบไฮดรอลิกเนื่องจากมีคุณสมบัติการหล่อลื่นที่ดี^{[ 50 ]}

ของเหลวหลายชนิดถูกใช้เป็นตัวทำละลายเพื่อละลายของเหลวหรือของแข็งอื่นๆสารละลายพบได้ในการใช้งานที่หลากหลาย รวมถึงสี สารเคลือบ และกาว แนฟทาและอะซิโตนถูกใช้บ่อยในอุตสาหกรรมเพื่อทำความสะอาดน้ำมัน จาระเบา และยางมะตอยจากชิ้นส่วนและเครื่องจักรของเหลวในร่างกายเป็นสารละลายที่มีน้ำเป็นตัวทำละลาย

สารลดแรงตึงผิวพบได้ทั่วไปในสบู่และผงซักฟอกตัวทำละลายเช่นแอลกอฮอล์มักใช้เป็นสารต้านจุลชีพพบได้ในเครื่องสำอางหมึกและเลเซอร์ย้อม สีเหลว ใช้ในอุตสาหกรรมอาหาร ในกระบวนการต่างๆ เช่น การสกัดน้ำมันพืช^{[ 51 ]}

โดยทั่วไปของเหลวมักนำความร้อน ได้ดี กว่าก๊าซ และความสามารถในการไหลทำให้ของเหลวเหมาะสำหรับการระบายความร้อนส่วนเกินออกจากชิ้นส่วนทางกล ความร้อนสามารถระบายออกได้โดยการส่งของเหลวผ่านเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนเช่นหม้อน้ำหรือความร้อนสามารถระบายออกพร้อมกับของเหลวในระหว่างการระเหยได้ [ ^{52 ] น้ำ}หรือไกลคอลเป็นสารหล่อเย็นที่ใช้เพื่อป้องกันไม่ให้เครื่องยนต์ร้อนเกินไป^{[ 53 ]} สาร หล่อเย็นที่ใช้ในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ได้แก่ น้ำหรือโลหะเหลว เช่นโซเดียมหรือบิสมัท^{[ 54} ] ฟิล์ม เชื้อเพลิงเหลวใช้ในการระบายความร้อนห้องขับดันของจรวด[ ^{55 ] ใน}งานกลึงน้ำและน้ำมันใช้ในการระบายความร้อนส่วนเกินที่เกิดขึ้น ซึ่งอาจทำให้ทั้งชิ้นงานและเครื่องมือเสียหายได้อย่างรวดเร็ว ในระหว่าง^การขับเหงื่อเหงื่อจะระบายความร้อนออกจากร่างกายมนุษย์โดยการระเหย ใน อุตสาหกรรม การทำความร้อน การระบายอากาศ และเครื่องปรับอากาศ (HVAC) ของเหลวเช่นน้ำใช้ในการถ่ายเทความร้อนจากพื้นที่หนึ่งไปยังอีกพื้นที่หนึ่ง^{[ 56 ]}

ของเหลวมักถูกนำมาใช้ในการปรุงอาหารเนื่องจากมีคุณสมบัติในการถ่ายเทความร้อนที่ดีเยี่ยม นอกจากการนำความร้อนแล้ว ของเหลวยังถ่ายเทพลังงานโดยการพาความร้อน โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เนื่องจากของเหลวที่อุ่นกว่าจะขยายตัวและลอยขึ้น ในขณะที่บริเวณที่เย็นกว่าจะหดตัวและจมลง ของเหลวที่มีความหนืดจลน์ ต่ำ จึงมีแนวโน้มที่จะถ่ายเทความร้อนผ่านการพาความ ร้อน ที่อุณหภูมิค่อนข้างคงที่ ทำให้ของเหลวนั้นเหมาะสมสำหรับการลวกการต้มหรือการทอดอัตราการถ่ายเทความร้อนที่สูงขึ้นสามารถทำได้โดยการควบแน่นก๊าซให้กลายเป็นของเหลว ที่จุดเดือดของของเหลว พลังงานความร้อนทั้งหมดจะถูกใช้เพื่อทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงสถานะจากของเหลวเป็นก๊าซโดยไม่มีการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิ และจะถูกเก็บไว้ในรูปของพลังงานศักย์ ทางเคมี เมื่อก๊าซควบแน่นกลับเป็นของเหลว พลังงานความร้อนส่วนเกินนี้จะถูกปล่อยออกมาที่อุณหภูมิคงที่ ปรากฏการณ์นี้ถูกนำมาใช้ในกระบวนการต่างๆ เช่นการ นึ่ง

เนื่องจากของเหลวมักมีจุดเดือดที่แตกต่างกัน ส่วนผสมหรือสารละลายของของเหลวหรือก๊าซจึงสามารถแยกออกจากกันได้โดยการกลั่นโดยใช้ความร้อน ความเย็นสุญญากาศความดัน หรือวิธีการอื่นๆ การกลั่นสามารถพบได้ในทุกสิ่งตั้งแต่การผลิตเครื่องดื่มแอลกอฮอล์ไปจนถึงโรงกลั่นน้ำมันไปจนถึงการกลั่นแบบไครโอเจนิกของก๊าซ เช่น อาร์กอน ออกซิเจนไนโตรเจนนีออนหรือซีนอนโดยการทำให้เป็นของเหลว ( การทำให้เย็นลงต่ำกว่าจุดเดือดของก๊าซแต่ละชนิด) ^{[ 57 ]}

ของเหลวเป็นส่วนประกอบหลักของ ระบบ ไฮดรอลิกซึ่งใช้ประโยชน์จากกฎของปาสคาลเพื่อสร้างพลังงานของไหลอุปกรณ์ต่างๆ เช่นปั๊มและกังหานน้ำถูกนำมาใช้เพื่อเปลี่ยนการเคลื่อนที่ของของเหลวให้เป็นงานเชิงกลมาตั้งแต่สมัยโบราณ น้ำมันถูกดันผ่านปั๊มไฮดรอลิกซึ่งส่งแรงนี้ไปยังกระบอกไฮด รอลิก ระบบไฮดรอลิกสามารถพบได้ในการใช้งานหลายอย่าง เช่นเบรกและระบบส่งกำลัง ของรถยนต์ อุปกรณ์หนักและระบบควบคุมเครื่องบินเครื่องอัดไฮดรอลิก ต่างๆ ถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวางในการซ่อมแซมและการผลิต สำหรับการยก การกด การหนีบ และการขึ้นรูป^{[ 58 ]}

โลหะเหลวมีคุณสมบัติหลายประการที่เป็นประโยชน์ในการตรวจจับและการกระตุ้นโดยเฉพาะอย่างยิ่งการนำไฟฟ้าและความสามารถในการส่งผ่านแรง (ไม่สามารถบีบอัดได้) เนื่องจากเป็นสารที่ไหลได้อย่างอิสระ โลหะเหลวจึงยังคงรักษาคุณสมบัติโดยรวมเหล่านี้ไว้ได้แม้ภายใต้การเสียรูปอย่างรุนแรง ด้วยเหตุนี้ จึงมีการเสนอให้ใช้โลหะเหลวใน หุ่นยนต์ อ่อนนุ่มและอุปกรณ์ดูแลสุขภาพแบบสวมใส่ซึ่งต้องสามารถทำงานได้ภายใต้การเสียรูปซ้ำๆ^{[ 59 ] [ 60 ]}โลหะแกลเลียมถือเป็นตัวเลือกที่น่าสนใจสำหรับการใช้งานเหล่านี้ เนื่องจากเป็นของเหลวที่อุณหภูมิใกล้เคียงอุณหภูมิห้อง มีความเป็นพิษต่ำ และระเหยช้า^{[ 61 ]}

บางครั้งของเหลวก็ถูกนำมาใช้ในอุปกรณ์วัดเทอร์โมมิเตอร์มักใช้การขยายตัวทางความร้อนของของเหลว เช่นปรอทร่วมกับความสามารถในการไหลเพื่อระบุอุณหภูมิมาโนมิเตอร์ใช้ความหนักของของเหลวเพื่อระบุความดันอากาศ^{[ 62 ]}

พื้นผิวอิสระของของเหลวที่หมุนจะก่อตัวเป็นพาราโบลา ทรงกลม และสามารถใช้เป็นกล้องโทรทรรศน์ได้ กล้องโทรทรรศน์ เหล่านี้เรียกว่ากล้องโทรทรรศน์กระจกเหลว^{[ 63 ]}มีราคาถูกกว่ากล้องโทรทรรศน์ทั่วไปอย่างมาก^{[ 64 ]}แต่สามารถชี้ขึ้นตรงๆ ได้เท่านั้น ( กล้องโทรทรรศน์แบบซีเนท ) ของเหลวที่นิยมใช้คือปรอท

วิธีการทำนายคุณสมบัติของของเหลวสามารถจัดระเบียบตาม "ระดับ" ของการอธิบาย นั่นคือระดับความยาวและระดับเวลาที่ใช้^{[ 65 ] [ 66 ]}

• วิธีการระดับมหภาคใช้สมการที่จำลองพฤติกรรมขนาดใหญ่ของของเหลวโดยตรง เช่น คุณสมบัติทางเทอร์โมไดนามิกและพฤติกรรมการไหล
• วิธีการทางจุลภาคใช้สมการที่จำลองพลวัตของโมเลกุลแต่ละตัว
• วิธีการระดับเมโซสโคปิกอยู่ตรงกลางระหว่างสองวิธีนี้ โดยผสมผสานองค์ประกอบของทั้งแบบจำลองต่อเนื่องและแบบจำลองอนุภาค

ความสัมพันธ์เชิงประจักษ์เป็นนิพจน์ทางคณิตศาสตร์อย่างง่ายที่มุ่งหมายเพื่อประมาณคุณสมบัติของของเหลวในช่วงเงื่อนไขการทดลองต่างๆ เช่น อุณหภูมิและความดันที่เปลี่ยนแปลง^{[ 67 ]} ความสัมพันธ์ เหล่านี้สร้างขึ้นโดยการปรับรูปแบบฟังก์ชันอย่างง่ายให้เข้ากับข้อมูลการทดลอง ตัวอย่างเช่น บางครั้ง ความหนืดของของเหลวที่ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิจะถูกประมาณโดยฟังก์ชันโดยที่และเป็นค่าคงที่ในการปรับ^{[ 68 ]}ความสัมพันธ์เชิงประจักษ์ช่วยให้สามารถประมาณคุณสมบัติทางกายภาพได้อย่างมีประสิทธิภาพอย่างยิ่ง ซึ่งอาจเป็นประโยชน์ในการจำลองทางเทอร์โมฟิสิกส์ อย่างไรก็ตาม ความสัมพันธ์เหล่านี้ต้องการข้อมูลการทดลองที่มีคุณภาพสูงเพื่อให้ได้ความเหมาะสมที่ดี และไม่สามารถคาดการณ์ได้อย่างน่าเชื่อถือเกินกว่าเงื่อนไขที่ครอบคลุมโดยการทดลอง ${\displaystyle \eta (T)=Ae^{B/T}}$${\displaystyle A}$${\displaystyle B}$

ศักยภาพทางเทอร์โมไดนามิกเป็นฟังก์ชันที่บ่งบอกถึงสถานะสมดุลของสาร ตัวอย่างเช่นพลังงานอิสระของกิบส์ ซึ่งเป็นฟังก์ชันของความดันและอุณหภูมิ การทราบศักยภาพทางเทอร์โมไดนามิกเพียงอย่างเดียวก็เพียงพอที่จะคำนวณคุณสมบัติสมดุลทั้งหมดของสารได้ โดยมักจะทำได้ง่ายๆ ด้วยการหา^{อนุพันธ์ของ [} 37 ] ดังนั้น^{ความสัมพันธ์}เดียวสำหรับสามารถแทนที่ความสัมพันธ์แยกต่างหากสำหรับคุณสมบัติแต่ละอย่างได้^{[ 69 ] [ 70 ]}ในทางกลับกัน การวัดเชิงทดลองที่หลากหลาย (เช่น ความหนาแน่น ความจุความร้อน ความดันไอ) สามารถรวมเข้ากับการปรับแบบเดียวกันได้ ในหลักการแล้ว สิ่งนี้จะช่วยให้สามารถทำนายคุณสมบัติที่วัดได้ยาก เช่น ความจุความร้อน ในแง่ของการวัดอื่นๆ ที่หาได้ง่ายกว่า (เช่น ความดันไอ) ^{[ 71 ]}${\displaystyle G(p,T)}$${\displaystyle {\mathcal {F}}}$${\displaystyle {\mathcal {F}}}$${\displaystyle {\mathcal {F}}}$

ทฤษฎีอุทกพลศาสตร์อธิบายของเหลวในแง่ของสนาม มหภาคที่ขึ้นอยู่กับพื้นที่และเวลา เช่น ความหนาแน่น ความเร็ว และอุณหภูมิ สนามเหล่านี้เป็นไปตามสมการเชิงอนุพันธ์ย่อยซึ่งอาจเป็นเชิงเส้นหรือไม่เป็นเชิงเส้นก็ได้^{[ 72 ]}ทฤษฎีอุทกพลศาสตร์มีความทั่วไปมากกว่าคำอธิบายทางอุณหพลศาสตร์สมดุล ซึ่งถือว่าของเหลวมีความเป็นเนื้อเดียวกัน โดยประมาณ และไม่ขึ้นกับเวลา สมการนาเวียร์-สโตกส์เป็นตัวอย่างที่รู้จักกันดี: เป็นสมการเชิงอนุพันธ์ย่อยที่แสดงวิวัฒนาการของความหนาแน่น ความเร็ว และอุณหภูมิของของเหลวหนืดตามเวลา มีวิธีการมากมายสำหรับการแก้สมการนาเวียร์-สโตกส์และรูปแบบต่างๆ ของมันในเชิงตัวเลข^{[ 73 ] [ 74 ]}

วิธีการระดับเมโซสโคปิกทำงานบนมาตราส่วนความยาวและเวลาระหว่างระดับอนุภาคและระดับต่อเนื่อง ด้วยเหตุนี้จึงรวมองค์ประกอบของพลศาสตร์ตามอนุภาคและอุทกพลศาสตร์ต่อเนื่องเข้าด้วยกัน^{[ 65 ]}

ตัวอย่างหนึ่งคือวิธี Lattice Boltzmannซึ่งจำลองของไหลเป็นชุดของอนุภาคสมมติที่มีอยู่บนโครงตาข่าย^{[ 65 ]}อนุภาคเหล่านี้วิวัฒนาการไปตามเวลาผ่านการไหล (การเคลื่อนที่เป็นเส้นตรง) และการชนกันในเชิงแนวคิด วิธีนี้อิงตามสมการ Boltzmannสำหรับก๊าซเจือจาง ซึ่งพลวัตของโมเลกุลประกอบด้วยการเคลื่อนที่อิสระที่ถูกขัดจังหวะด้วยการชนกันแบบไบนารีแบบไม่ต่อเนื่อง แต่ก็ยังนำไปใช้กับของเหลวด้วย แม้ว่าจะมีความคล้ายคลึงกับวิถีการเคลื่อนที่ของโมเลกุลแต่ละตัว แต่ก็เป็นคำอธิบายแบบหยาบๆ ที่โดยทั่วไปแล้วจะทำงานบนมาตราส่วนความยาวและเวลาที่ใหญ่กว่าของพลวัตของโมเลกุลที่แท้จริง (ดังนั้นจึงเกิดแนวคิดของอนุภาค "สมมติ")

^{วิธี การ}อื่นๆ ที่รวมองค์ประกอบของพลศาสตร์ระดับต่อเนื่องและระดับอนุภาค ได้แก่อุทกพลศาสตร์อนุภาคเรียบ [ ^{75 ] [ 76 ]}พลศาสตร์อนุภาคแบบกระจาย [ ^{77 ]}และพลศาสตร์การชนกันของอนุภาคหลาย^{ตัว[ 78 ]}

วิธีการจำลองระดับจุลภาคทำงานโดยตรงกับสมการการเคลื่อนที่ (แบบคลาสสิกหรือแบบควอนตัม) ของโมเลกุลที่เป็นองค์ประกอบ

พลศาสตร์โมเลกุลแบบคลาสสิก (MD) จำลองของเหลวโดยใช้กฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน จากกฎข้อที่สองของนิวตัน ( ) วิถีการเคลื่อนที่ของโมเลกุลสามารถติดตามได้อย่างชัดเจนและใช้ในการคำนวณคุณสมบัติของของเหลวในระดับมหภาค เช่น ความหนาแน่นหรือความหนืด อย่างไรก็ตาม MD แบบคลาสสิกต้องการนิพจน์สำหรับแรงระหว่างโมเลกุล (" F " ในกฎข้อที่สองของนิวตัน) โดยปกติแล้ว สิ่งเหล่านี้จะต้องประมาณโดยใช้ข้อมูลจากการทดลองหรือข้อมูลป้อนเข้าอื่นๆ^{[ 28 ]}${\displaystyle F=m{\ddot {x}}}$

วิธีการทางกลศาสตร์ควอนตัมแบบ ab initio จำลองของเหลวโดยใช้เพียงกฎของกลศาสตร์ควอนตัมและค่าคงที่อะตอมพื้นฐาน^{[ 39 ]}ในทางตรงกันข้ามกับพลศาสตร์โมเลกุลแบบคลาสสิก ฟิลด์แรงระหว่างโมเลกุลเป็นผลลัพธ์ของการคำนวณ แทนที่จะเป็นข้อมูลป้อนเข้าที่อิงตามการวัดเชิงทดลองหรือการพิจารณาอื่นๆ โดยหลักการแล้ว วิธีการ ab initio สามารถจำลองคุณสมบัติของของเหลวที่กำหนดได้โดยไม่ต้องมีข้อมูลการทดลองมาก่อน อย่างไรก็ตาม วิธีการเหล่านี้มีค่าใช้จ่ายในการคำนวณสูงมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับโมเลกุลขนาดใหญ่ที่มีโครงสร้างภายใน