Общие сведения о строении вещества
Классификация материалов
I. Основы строения и свойств материалов
Существует несколько классификаций материалов. Например, по агрегатному состоянию все материалы подразделяются на следующие типы:
– твёрдые материалы;
– жидкости;
– газы;
– плазма.
Газ – это состояние вещества, в котором атомы и молекулы не связаны или слабо связаны силами взаимодействия и, хаотически двигаясь, заполняют весь объём. Если силами взаимодействия молекул в газе пренебречь, то такой газ называется идеальным.
Жидкости – вещества, сочетающие свойства газов и твёрдых тел. Тепловое движение молекул (атомов) жидкости представляет собой сочетание малых колебаний около положения равновесия и перескоков из одного положения в другое.
Твёрдое тело характеризуется стабильностью формы. У него атомы могут совершать лишь малые (тепловые) колебания вокруг фиксированных положений равновесия.
Плазма – это особое состояние вещества, здесь оно не рассматривается.
Для данного курса больше подходит классификация технических материалов по назначению:
1) конструкционные;
2) электротехнические;
3) триботехнические;
4) инструментальные;
5) рабочие тела;
6) топливо;
7) технологические.
В курсе лекций рассматриваются только конструкционные и электротехнические материалы.
Конструкционные материалы – твёрдые материалы, предназначенные для изготовления изделий, подвергаемых механическому нагружению.
Электротехнические материалы предназначены для изготовления изделий, применяемых для производства, передачи, преобразования и потребления электроэнергии.
Атом – это наименьшая частица химического элемента, обладающая его свойствами.
Атом состоит из элементарных частиц: протонов, нейтронов, электронов и т. д. Электрон имеет массу покоя me = 9,1·10-28г, является носителем наименьшего электрического заряда (кванта электричества)
е = 1,6·10-19 Кл. Основные характеристики электрона, протона и нейтрона приведены в табл.1.
Таблица 1
Характеристики элементарных частиц
Характеристика | Электрон | Нейтрон | Протон |
Масса покоя me | 1838,5 | ||
Заряд е | –1 | +1 |
В данном курсе рассматривается простейшая планетарная модель атома, в которой протоны и нейтроны составляют положительно заряженное ядро атома, а электроны движутся по орбитам вокруг ядра. Ядро атома и окружающие его электроны образуют устойчивую пространственную систему. Электроны могут вращаться не по произвольным, а только по строго определенным орбитам, соответствующим устойчивому состоянию атома.
Количество протонов в ядре и порядок заполнения электронами оболочек можно определить по таблице Д. И. Менделеева.
Самые ближние орбиты электронов называются основными, на них электроны могут находиться очень долго, а более удаленные – возбужденными. Здесь электрон долго находиться не может.
Электрон при поглощении фотона (кванта электромагнитного поля) может переходить с основной орбиты на более удаленную (неустойчивую, возбужденную орбиту). Но через некоторое время электрон испускает фотон и возвращается на основную устойчивую орбиту.
Каждой орбите электрона соответствует определённый уровень энергии. Совокупность уровней энергии образует энергетический спектр атома. Они несут информацию об атомной структуре вещества.