Будова і властивості твердих тіл

· Будова і властивості кристалічних тіл. Анізотропність

· Будова і властивості аморфних тіл. Ізотропність

· Механічні властивості твердих тіл.

Будова і властивості кристалічних тіл. Анізотропність. Твердими називають такі тіла, які зберігають об’єм і форму навіть під час дії на них інших тіл (сил). Причиною такої стійкості є характер руху і взаємодії молекул: вони не можуть змінювати положення своєї рівноваги, здійснюючи малі коливання. Енергія і амплітуда коливань тим більша, чим вища температура тіла.

За впорядкованістю молекул відносно положення рівноваги тверді тіла поділяють на кристалічні й аморфні тіла (мал. 40).

а б

Мал. 40. а – кристал, б– аморфне тіло

Кристали – це тверді тіла, в яких атоми або молекули розміщені впорядковано і утворюють періодично повторювану внутрішню структуру.

Головна їх відмінність кристалічних тіл полягає у тому, що в них атоми або молекули розміщені впорядковано і утворюють періодично повторювану внутрішню структуру (дальній порядок). Можна виділити маленький об’єм (елементарну комірку), завдяки якій можна побудувати весь кристал, як будинок із цегли.

Елементарна комірка може мати форму куба, паралелепіпеда, призми тощо (мал.41)

Мал. 41. Типи кристалічних граток

Особливостями кристалів є їх анізотропність, тобто неоднаковість фізичних властивостей у різних напрямах.

Анізотропія механічних, теплових, електромагнітних і оптичних властивостей кристалів пояснюється тим, що за упорядкованого розміщення атомів, молекул або іонів сили взаємодії між ними і міжатомні відстані виявилися неоднаковими в різних напрямах.

Досліди показують, що кристалічні тіла плавляться і тверднуть за певної для кожної речовини температури, яку називають температурою плавлення. Під час нагрівання кристалічного тіла інтенсивність коливального руху молекул у кристалі підвищується, а з досягненням температури плавлення коливання стають такими інтенсивними, що молекули (атоми) вже не можуть утриматися у вузлах ґратки і вони руйнуються – відбувається плавлення. Для кожного кристалічного тіла температура плавлення своя.

Будова і властивості аморфних тіл. Ізотропність. За своєю будовою аморфні тіла нагадують дуже густі рідини. В аморфних тіл існує ближній порядок у розташуванні частинок речовини (мал. 42).

Мал. 42.Схема розташування молекул аморфних тіл

У результаті підвищення температури час перебування молекул у стані рівноваги (час осілого життя молекул) зменшується, тому аморфне тіло поступово м’якне.

Прикладами аморфних тіл є шматки затверділої смоли, янтар, вироби із скла.

Аморфні тіла ізотропні, тобто їх фізичні властивості однакові у всіх напрямах.

Аморфні тіла не мають температури плавлення і питомої теплоти плавлення. Вони на відміну від кристалів з підвищенням температури безперервно перетворюються в рідину.

Друга особливість аморфних тіл – це їх пластичність, тобто вони не відновлюють форму після зняття дії деформуючої сили.

Аморфний стан нестійкий: через деякий час аморфна речовина переходить в кристалічний стан. Але часто цей час буває дуже тривалим (роки і десятиріччя). До таких тіл належить скло. Будучи спочатку прозорим, протягом багатьох років воно мутніє: у ньому утворюються дрібні кристалики силікатів.

Механічні властивості твердих тіл. Зовнішня механічна або теплова дія на тверді тіла викликає зміщення атомів із рівноважних станів і приводить до зміни форми й об’єму тіла, тобто до його деформації. Унаслідок пружної деформації тіло відновлює свою форму і розміри. Пластичні деформації твердого тіла не зникають після того, як зовнішня сила припиняє свою дію.

Спостерігаються деформації розтягу, стиску, зсуву і кручення. Найпростішими з них можна вважати деформації розтягу і стиску. Розтягу зазнають троси підіймальних кранів, буксирні троси, струни музикальних інструментів. Стиску зазнають стіни і фундаменти будівель. Тому важливо досліджувати механічні властивості твердих тіл. Скло, цегла, бетон, чавун є крихкими. Їх міцність збільшують за рахунок домішок. Так зміцнюють і поліетиленові пакети.

Дослідження механічних властивостей твердих тіл дає можливість створювати міцні надійні машини, станки і споруди з мінімальною витратою металів та інших матеріалів.

Дайте відповіді на запитання

1. Чим відрізняються кристалічні тіла від аморфних?

2. Назвіть основні властивості кристалічних тіл.

3. Які основні властивості аморфних тіл.

4. Що таке анізотропія? Ізотропність?