Характеристика твердых тел.

Молекулы (или атомы) расположены строго упорядоченно. Расстояние между молекулами ≈ диаметру молекулы. Атомы или молекулы твердых тел колеблются около определенных положений равновесия. Поэтому твердые тела сохраняют не только объем, но и форму. Если соединить центры положений равновесия атомом или ионов твердого тела, то получится правильная пространственная решетка, называемая кристаллической.

Твердые тела, в которых атомы или молекулы располо­жены упорядочение и образуют периодически повторяющуюся внутреннюю структуру, назы­ваются кристаллами. Поэтому кристаллы имеют плоские грани (Крупинка поваренной соли имеет плоские грани, составляющие друг с другом прямые углы).

Физические свойства кристал­лических тел неодинаковы в различных направлениях, но совпадают в параллельных на­правлениях.

Анизотропия кристаллов – это зависимость физических свойств от выбранного в кристалле направления. Например, различная механическая прочность кристаллов по разным направлениям (Кусок слюды легко расслаивается в одном направлении, но разорвать его в направлении перпендикулярном пластинкам гораздо сложнее). Многие кристаллы по - разному проводят теплоту и электрический ток в различных направлениях. От направления зависят и оптические свойства кристаллов. Например, кристаллы кварца и турмалина по – разному преломляют свет в зависимости от направления падающих на него лучей.

Кристалл поваренной соли при раскалывании дробится на части, ограниченные пло­скими поверхностями, пересе­кающимися под прямыми угла­ми. Эти плоскости перпендику­лярны особым направлениям в образце, по этим направлениям его прочность минимальна.

Анизотропия механических, тепловых, электрических и оп­тических свойств кристаллов объ­ясняется тем, что при упоря­доченном расположении атомов, молекул или ионов силы взаи­модействия между ними и меж­атомные расстояния оказывают­ся неодинаковыми по различным направлениям.

Кристаллические тела делят­ся на монокристаллы и поли­кристаллы. Монокристаллы – это одиночные кристаллы имеют правильную геометрическую форму, и их свойства различны по разным направлениям (анизотропия).

Монокристаллы ино­гда обладают геометрически пра­вильной внешней формой, но главный признак монокристалла — периодически повторяю­щаяся внутренняя структура во всем его объеме. Поликристал­лическое тело представляет собой совокупность сросшихся друг с другом хаотически ориентиро­ванных маленьких кристаллов — кристаллитов. Поликристалличе­скую структуру чугуна, напри­мер, можно обнаружить, если рассмотреть с помощью лупы образец на изломе. Каждый ма­ленький монокристалл поликри­сталлического тела анизотропен, но поликристаллическое тело изо­тропно.

Поликристаллы – это твердые тела состоящие из большого числа маленьких сросшихся кристалликов (металлы, кусок сахара). Все направления внутри поликристаллов равноправны и свойства поликристаллов одинаковы по всем направлениям (изотропия).

Аморфными называются тела, физические свойства которых одинаковы по всем направле­ниям. Примерами аморфных тел могут служить куски затвердев­шей смолы, янтарь, изделия из стекла. Аморфные тела яв­ляются изотропными телами. Изотропность физических свойств аморфных тел объясняется бес­порядочностью расположения со­ставляющих их атомов и моле­кул. У аморфных тел нет строгого порядка в расположении атомов, нет строгой повторяемости по всем направлениям одного и того же элемента структуры. Определенной температуры плавления у аморфных тел в отличие от кристаллических нет.

Свойства аморфных тел. Все аморфные тела изотропны, т.е. их физические свойства по всем направлениям одинаковы (стекло, смола, пластмасса и т.д.). При внешних воздействиях аморфные тела обнаруживают одновременно упругие свойства, подобно твердым телам, и текучесть, подобно жидкости (При сильном ударе кусок смолы раскалывается на кусочки, а при длительном нахождении смолы на твердой поверхности, смола постепенно растекается, и чем выше температура, тем быстрее это происходит.).

Тема 5.2 Механические свойства твердых тел. Виды деформаций. Упругость, прочность, пластичность, хрупкость. Закон Гука. Плавление и кристаллизация. Внутреннее строение Земли и планет*

Деформацией твердого тела называется изменение формы или объема тела под действием внешних сил.

Виды деформации.

Упругие деформации – это деформации, которые полностью исчезают после прекращения действия внешних сил (пружина, резиновый шнур) и тело восстанавливает свою первоначальную форму.

Пластические деформации – это деформации, которые не исчезают после прекращения действия внешних сил (пластилин, глина, свинец) и тело не восстанавливает свою первоначальную форму.

Механическим напряжением называют отношение модуля силы упругости F к площади поперечного сечения S тела:

;

Закон Гука: при малых деформациях напряжение прямо пропорционально относительному удлинению .

Закон Гука выполняется при небольших деформациях (участок ОА диаграммы).

1) , где - модуль упругости или модуль Юнга (он характеризует сопротивляемость материала упругой деформации); - относительная деформация (относительное удлинение); - начальная длина, ∆l – абсолютное удлинение тела. ∆l= l – l₀

2) , где - коэффициент жесткости.

Диаграмма растяжения. (рис.) Для исследования деформации растяжения стержень при помощи специальных устройств подвергают растяжению, а затем измеряют удлинение образца и возникающее в нем напряжение. По результатам опытов вычерчивают график зависимости напряжения от относительного удлинения , получивший название диаграммы растяжения (рис.).

Участок ОА – пропорциональная деформация; - предел пропорциональности (максимальное напряжение, при котором еще выполняется закон Гука); если увеличивать нагрузку, то деформация становится нелинейной, но после снятия нагрузки форма и размеры тела практически восстанавливаются. (Участок АВ- упругая деформация); - предел упругости; По мере увеличения нагрузки деформация нарастает все быстрее и при некотором значении напряжения, соответствующем на диаграмме точке С, удлинение нарастает практически без увеличения нагрузки. Это явление называется текучестью материала (участок СD). Разрыв образца происходит после того, как напряжение достигает максимального значения , называемого пределом прочности (образец растягивается без увеличения внешней нагрузки вплоть до разрушения).