Зміна зовнішнього тиску впливає на температуру плавлення.

Заняття № 44                                                                                                           ____________2014р.

Тема: Твердий стан речовини. Аморфні речовини. Кристали. Плавлення і кристалізація.                                    Полікристали та монокристали. Анізотропія кристалів. Деформації. Механічна напруга. Закон Гука. Модуль пружності. Діаграма розтягу. Механічні властивості та їх застосування. Енергія пружно деформованого тіла.

                                  Основні положення та означення.

1. Кристалічні та аморфні тіла— це дві групи твердих тіл в природі, які відрізняються своїми властивостями.
2. Кристалічні тіламають певну температуру плавлення і кристалізації, розміщеннямолекул (атомів, іонів) упорядковане(розташування їх в певному напрямі повторюється). (Кристалічну природу мають більшість металів, мінералів, рослинні волокна, білкові речовини, сажа, лід, графіт тощо.)
3. Аморфні тіла(переохолоджені рідини) — пластичні, не мають певної температури плавлення (просто зменшується в'язкість), молекули їх не утворюють кристалічної решітки. (Аморфні тіла в твердому стані мають внутрішню будову, подібну до рідини (тобто існує близький порядок розміщення сусідніх частинок). Залежно від характеру впливу поводять себе або як тверді тіла, або як в'язкі рідини. Аморфними також є речовини, які можуть існувати в двох формах: кристалічній та аморфній. Це поліетилен, цукор, скло, каніфоль тощо.)
4. Аморфний стан — нестійкий. Через деякий час аморфна речовина переходить у кристалічну (скло — мутніє, леденець — зцукрюється).
5. Полікристали— тверді тіла, які складаються з безлічі безладно орієнтованих дрібних кристалічних зерен — кристалітів (дрібних монокристаликів).
6. Монокристали— великі поодинокі криста­ли, у яких в межах всього їх об'єму зберігається дальній порядок розташування частинок
7. Більшість твердих тіл, які зустрічаються в природі чи виробляються штучно (мінерали, метали, сплави, кераміка тощо), мають полікристалічну будову. (.Великі кристали в природі бувають дуже рідко. Потреба промисловості, науки і техніки в          кристалах велика, їх широко застосовують у радіотехніці,         оптиці та інших галузях         народного господарства. Наприклад, кристали рубіну вико­ристовують у квантових           генераторах — лазерах. За допомогою кристалів сегнетової солі добу­вають ультразвукові       коливання. Штучно виготов­ляють монокристали кварцу, алмазу, корунду, рубі­ну тощо. Для їх росту потрібні особливі умови.)
8. Кристалічна решітка— умовне зображення порядку розміщення в монокристалі. Частинки, з яких складається кристал, при тепловому русі коливаються навколо положень рівноваги, які називають вузлами. (Якщо уявно з'єднати сусідні вузли — матимемо зображення кристала — решітку. Найменше утворення, багаторазовим повторенням якого можна одержати монокристал — елементарна комірка.Є 7 основних. типів комірок: кубічна (залізо, кухонна сіль), гексагональна (цинк, графіт), тетрагональна (алмаз), ромбічна та ін.)
9. Кристалназивають ідеальним,якщо його можна утворити простим паралельним повторенням у просторі елементарної комірки ( як великий цегляний будинок будується з цеглин.) На жаль, реальні кристали завжди мають дефекти: домішкові атоми на місцях основних, порожні вузли, різні порушення впорядкованості тощо. Дефекти значно знижують міцність твердого тіла, але бувають і корисними (як у напівпровідників з домішками).
10. Анізотропія кристалів — це неоднаковість більшості фізичних властивостей речовини в різних напрямах (механічних, теплових, електричних, магнітних, оптичних).Причиною є впорядковане розміщення атомів.
11. Тіла, властивості яких однакові в усіх напрямах, називають ізотропними(гази, більшість рідин, аморфні тіла, полі кристалічні тіла).
12. Полікристали на відміну від монокристалів, ізотропні (кожен кристаліт анізотропний, але розташовуються кристаліти невпорядковано).
13. Залежно від характеру сил взаємодії і природи частинок у вузлах кристали поділяються на:
• 1. Атомні  (Ge, C, Si) мають міцний ковалентний зв'язок, високу твердість, малу електропровідність.
• 2. Іонні(солі NaCl, AgBr, AgCl, KI, CaCO₃). Зв'язок між іонами у вузлах зумовлений кулонівськими силами притягання (мають проміжні характеристики).

3. Металеві  (метали). Зв'язок забезпечують сили притягання між позитивними іонами і негативним електронним  газом. Добрі провідники теплоти й електрики, пластичні, непрозорі.

• 4.Молекулярні(нафталін, парафін, лід Н₂О, сухий лід СО₂). Зв'язок зумовлений силами міжмолекулярної взаємодії. Із-за слабких зв'язків легко плавляться, мають низьку міцність.
1. Рідкі кристали — особливий стан органічних речовин(більше 3000, в т. ч. мозок людини), в якому вони мають властивість рідини — текучість, однак зберігають певний порядок у розташуванні молекул і анізотропію ряду фізичних властивостей, характерну для твердих кристалів. (Кожен рідкий кристал існує в певному інтервалі температур. При нижчих температурах речовина є твердим кристалом, при вищих — перетворюється в звичайну аморфну рідину. Застосування:цифрова індикація, перетворення інфрачервоного випромінювання у видиме, одержання плоских екранів моніторів, термоіндикація.) 
2. Деформація — це зміна форми або об'єму тіла.

За характеромповедінки після припинення дії зовнішніх сил деформації поділяються на: 1) пружні(зникають, тіло відновлює початкову форму), 2) пластичні або залишкові (деформоване тіло не відновлює початкової форми).

За зміною формитіла деформації поділяють на п'ять видів, які зводяться до перших трьох:

1)розтяг (канати, троси, ланцюги, сухожилля);

 2) стиск(колони, стовпи, стіни, хребти);

3) зсув (заклепки, шпонки, болти, м'язи);

                              4) кручення= розтяг + зсув(свердла,                               шурупи, вали, шкіра);

                                                                                                                                                                                                                                                                       5) згин = розтяг + стиск(мости, панелі, балки, кістки).                                                                                                                                                                                                       

1. Всередині зігнутого тіла є шар, який майже не зазнає зміни розмірів — нейтральний шар. При його видаленні: - економиться матеріал; - підвищується міцність конструкції внаслідок зменшення навантаження.
2. В сучасній техніці і в будівництві замість стержнів і суцільних брусів здебільшого використовують: а) труби; б) двотаврові балки; в)рейки; г) швелери, що полегшує конструкцію й еко­номить матеріал. Сама природа наділила лю­дину і тварину трубчастими кістками кінцівок, а злаки та деякі рослини — трубчастими стеблами.
3.  Закон пружних деформацій — закон Гука

- для пружин:  або ; де: k – коефіцієнт жорсткості (одиниця вимірювання – ньютон поділено на метр (Н/м), табличне значення), - видовження або скорочення пружини (одиниця вимірювання – метр (м)),

- для стержнів:    або ; де σ-механічна напруга (одиниця вимірювання – паскаль (Па)),  -відносне видовження (безрозмірна величина), Е — модуль пружності або модуль Юнга — визначається експериментально (одиниця вимірювання – паскаль (Па), табличне значення).

1. Діаграма розтягу— графік залежності напруги від підносного видовження

•  (границя пропорцій­ності)— максимальна напруга, при якій ще справджується закон Гука.
•  (границя пружності) — максимальна напруга, при якій ще не виникають помітні (не пе­ревищують 0,1%) залишкові де­формації.
• (границя текучості) —напруга, при якій починає розвиватись текучість матеріалу (значна пластичність, що зумовлена розмноженням дефектів всередині тіла).
•  (границя міцності)— максимальна напруга, яку витримує матеріал.

1. Механічні властивості твердих тіл

- 1. Пружність— властивість відновлювати свою форму і об'єм після припинення дії сили.

- 2. Пластичність— властивість зберігати деформацію.

- 3. Крихкість  — властивість руйнуватися до виникнення помітних деформацій.

- 4. Міцність— здатність матеріалу протидіяти руйнуванню і залишковій деформації.

- 5. Запас міцності— число, яке показує, у скільки разів межа міцності

      перевищує допустиму напругу           :

20. Перехід речовини із твердого стану в рідкий називається плавленням,а перехід із рідкого стану в твердий – отвердінням або кристалізацією.

 При плавленні твердого тіла між його частинками, що утворюють кристалічну решітку, збільшуються відстані і в кінцевому результаті решітка руйнується. При цьому зростає енергія речовини. Отже плавлення самовільно проходити не може – на його протікання необхідно затрачувати енергію.

При кристалізації проходить наближення частинок і їх енергія зменшується. Отже кристалізація може проходити тільки тоді , коли рідина віддає енергію зовнішнім тілам.

21.Одиниця маси рідини має більшу внутрішню енергію ніж одиниця маси твердого тіла тієї ж речовини , навіть при однаковій температурі.