Лекция 12. Характеристика твердого состояния вещества. Упругие свойства твердых тел. Закон Гука. Механические свойства твердых тел. Тепловое расширение твердых тел и жидкостей

Вещество называют твердым, если оно сохраняет свою форму и свой объем.

Разнообразные твердые тела, встречающиеся в природе, можно разделить на две группы, отличающиеся по своим свойствам. Первую группу составляют кристаллические тела, вторую – аморфные тела.

Отличительной чертой кристаллического состояния вещества является ани­зотропия – зависимость ряда физических свойств, таких, как скорость рас­пространения света, теплопроводность, модуль упругости и др., от направления. Тела, свойства которых одинаковы по всем направлениям, называются изотропными. Изотропными являются газы, большинство жидкостей и аморфные тела.

Причиной анизотропии кристаллов является упорядоченное расположение атомов, образующих пространственную решетку. Чтобы представить про­странственную решетку, нужно мысленно соединить близлежащие точки, в которых расположены центры атомов кристалла. Эти точки называются узлами кристаллической решетки. В узлах решетки могут располагаться как одиночные атомы, так и группа атомов или ионы Большинство твердых материалов являются поликристаллическими; они состоят из множества беспорядочно ориентированных мелких кристаллических зерен – кристаллитов – мелких монокристаллов.

Если рассматривать некоторый атом аморфного тела как центральный, то бли­жайшие к нему атомы будут располагаться в определенном порядке, но по мере удаления от «центрального» атома этот порядок нарушается и расположение атомов может быть различным, т. е. случайным. В аморфных телах в отличие от кри­сталлических существует лишь ближний порядок во взаимном расположении соседних атомов. К аморфным телам относятся стекло, пластмассы и т. д. Многие тела (сера, глицерин, сахар и т.п.) могут существовать как в кристалличес­ком, так и в аморфном состоянии, или, как принято говорить, в стеклообразной форме

Деформация. Под действием внешних сил, при нагревании или охлаждении изменяется объем тела, что обычно сопровождается изменением его формы, т. е. происходит деформация твердого тела. Деформации, которые полностью исчезают при снятии деформирующих факторов, называют упругими. Деформации, которые не исчезают при снятии деформирующих факторов, являются пластическими. Упругость или пластичность тел в основном определяется материалом, из которого они изготовлены.

При деформации твердого тела частицы, расположенные в узлах кристаллической решетки, смещаются относительно друг друга. Этому смещению препятствуют внутренние упругие силы, действующие между частицами твердого тела. Сила упругости возникающая при деформации тела, всегда направлена в сторону противоположную смещению частиц тела.

Для упругих деформаций выполняется закон Гука.