2020-08-05
158
Лекции по физике
Твердые тела и их свойства.
Виды твердых тел
Твердые тела имеют две формы строения: кристаллическую и аморфную.
Кристаллическая решетка – пространственный каркас с упорядоченным (регулярным) расположением частиц в строго определенных местах (узлах) вещества (металлы, минералы). Такое расположение атомов принято называть дальним порядком.
Примеры кристаллов: металлы, кухонная соль, алмаз, графит и пр.
Виды строения кристаллов: 1) Монокристалл – вещество (идеальная цельная структура), состоящее из одного непрерывного кристалла. Как правило, обладает свойством анизотропии, т.е. зависимостью физических свойств от направления.2) Поликристалл – вещество (неидеальная структура), которое складывается из большого количества сросшихся монокристаллов. Как правило, обладает свойством изотропии, т.е. их физические свойства не зависят от направления.
Виды кристаллических решеток: ионная, атомная, металлическая, молекулярная.
Основные свойства кристаллических тел: 1) Имеют точную температуру плавления;2) Полиморфизм – различие физических свойств в зависимости от строения кристаллической решетки одного и того же вещества (графит, алмаз).
|
|
|
Аморфные тела – тела, молекулы, которых не образуют кристаллических решеток, но ближайшие «соседи» сохраняют некоторый порядок в расположении. Такое расположение атомов принято называть ближним порядком. Примеры аморфных тел: смола, стекло.
Основные свойства аморфных тел: 1) Не имеют точной температуры плавления;2) Текучесть – при повышении температуры постепенно преобразуются в вязкую жидкость.
Механические свойства твердых тел
Деформация - изменение объема или формы тела под действием внешних сил.
Виды деформаций
| Упругие – исчезают после прекращения действия внешних сил: | Пластические – не исчезают после прекращения действия внешних сил |
| Растяжения и сжатия | |
| Сдвига | |
| Изгиба | |
| Кручения |
Сила упругости прямо пропорциональна абсолютному удлинению (растяжению) тела F 
относительное удлинение (сжатие) – ε
напряжение – σ (cигма)
Относительное удлинение (сжатие) – это изменение длины тела, отнесенное к единице длины. Оно равно отношению относительного удлинения тела (сжатия) к его первоначальной длине: 
Механическое напряжение – это сила упругости, действующая на единицу площади. Оно равно отношению модуля силы упругости к площади поперечного сечения тела: 
, 
При упругой малой деформации механическое напряжение прямо пропорционально относительному удлинению (сжатию) тела 
где Е – модуль Юнга или модуль упругости, который измеряется в Па
|
|
|
(Е = σ / ε Þ измеряется в тех же единицах, что напряжение)
Вывод закона Гука 
Модуль Юнга зависит только от свойств материала и не зависит от размеров и формы тела.
Модуль Юнга показывает напряжение, которое необходимо приложить к телу, чтобы удлинить его в 2 раза.
Для различных материалов модуль Юнга меняется в широких пределах. Для стали, например, E ≈ 2·1011 Н/м2, а для резины E ≈ 2·106 Н/м2.
Диаграмма растяжения: 
Участки диаграммы: OA – упругая линейная деформация, закон Гука выполнен, т. A – предел пропорциональности; AB – упругая нелинейная деформация, закон Гука не выполнен, т. B – предел упругости; BC – неупругая деформация; CD – текучесть, материал практически «не сопротивляется» деформации, т. D – предел текучести; DE – деформационное упрочнение, материал снова «сопротивляется» деформации, т. E – предел прочности; EF – процесс разрушения, т. F – разрушение тела.
Свойства твердых тел
Кристаллы - твердые тела, частицы которых (атомы, молекулы или ионы)занимают упорядоченное положение в пространстве. Кристаллическая решетка состоит из элементарных ячеек.
Свойства кристаллов
1.Упорядоченное расположение частиц (кристаллическая решетка).
2.Анизотропия (монокристаллы) - зависимость физических свойств от направления в кристалле (графит, кварц, турмалин).
3.Изотропия (поликристаллы). Тела, свойства которых, одинаковы по всем направлениям изотропны.
4.Определенная температура плавления.
5. Полиморфизм - существование различных кристаллических структур у одного и того же вещества (атомы углерода могут образовать графит, алмаз, фуллерен; кальцит и арагонит - имеют одинаковый химический состав СаСО3.).
Монокристаллы – крупные одиночные кристаллы
Поликристаллы состоят из множества беспорядочно ориентированных кристаллов.
Аморфные тела (от греческого "аморфос" - бесформенный) - твердые тела, не имеющие строгой повторяемости во всех направлениях.
Свойства аморфных тел:
1. Изотропия.
2. При низких температурах имеют свойства твердых тел, при нагревании - свойства жидкостей.
3. Не имеют определенной температуры плавления.
4. Неустойчивое состояние: со временем переходит в кристаллическое.
Примеры аморфных тел: янтарь, смола, воск, стекло.
Жидкие кристаллы - вещества, обладающие одновременно свойствами как жидкостей (текучесть), так и кристаллов (анизотропия).
Применение жидких кристаллов: измерители давления, детекторы ультразвука, электронные часы, телевизоры, мониторы с жидкокристаллическим экраном.
Механические свойства твердых тел
Деформация - изменение объема или формы тела под действием внешних сил.
Виды деформаций
| Упругие – исчезают после прекращения действия внешних сил: | Пластические – не исчезают после прекращения действия внешних сил |
| Растяжения и сжатия | |
| Сдвига | |
| Изгиба | |
| Кручения |
Сила упругости прямо пропорциональна абсолютному удлинению (растяжению) тела F
относительное удлинение (сжатие) – ε
напряжение – σ (cигма)
Относительное удлинение (сжатие) – это изменение длины тела, отнесенное к единице длины. Оно равно отношению относительного удлинения тела (сжатия) к его первоначальной длине: 
Механическое напряжение – это сила упругости, действующая на единицу площади. Оно равно отношению модуля силы упругости к площади поперечного сечения тела: 
, 
При упругой малой деформации механическое напряжение прямо пропорционально относительному удлинению (сжатию) тела 
где Е – модуль Юнга или модуль упругости, который измеряется в Па
(Е = σ / ε Þ измеряется в тех же единицах, что напряжение)
Вывод закона Гука
Модуль Юнга зависит только от свойств материала и не зависит от размеров и формы тела.
|
|
|
Модуль Юнга показывает напряжение, которое необходимо приложить к телу, чтобы удлинить его в 2 раза.
Для различных материалов модуль Юнга меняется в широких пределах. Для стали, например, E ≈ 2·1011 Н/м2, а для резины E ≈ 2·106 Н/м2.
Лекции по физике
