Твердые тела и их свойства

Твердые тела Аморфные Кристаллические

Кристаллы монокристаллы жидкие кристаллы поликристаллы Одиночные кристаллы Множество сросшихся монокристаллов,расположенных беспорядочно Некоторые органические вещества, обладающие свойствами и жидкостей, и твердых тел Кварц Алмаз Графит Турмалин Слюда Крупинки соли, сахара Кремний Сахар-рафинад, Кусок соли Сталь Чугун Металлы

Атомы расположены упорядоченно в узлах кристаллической решетки Имеют форму правильных многогранников Анизатропны Анизотропия – это зависимость физических свойств от направления внутри вещества

Графит и алмаз состоят из углерода. Полиморфизм

Сравнительная характеристика Необычайно твердый Прозрачный Не проводит электрический ток (диэлектрик) Имеет большую теплопроводность Обработанные алмазы- брильянты Мягок (легко расщепляется) Непрозрачен Электропроводен (изготавливают электроды) Жаропрочен Не похож на драгоценный камень Перестроение кристаллической решетки P=10ГПа t= С Алмаз Графит

Правильная геометрическая форма кристаллов

БЛАГОДАРЯ ЗАМЕЧАТЕЛЬНЫМ ФИЗИЧЕСКИМ СВОЙСТВАМ МОНОКРИСТАЛЛЫ НАХОДЯТ ОЧЕНЬ ВАЖНЫЕ ПРИМЕНЕНИЯ ПЕРВЫМИ СТАЛИ ОБРАБАТЫВАТЬ КРИСТАЛЛЫ ЮВЕЛИРЫ. УЖЕ В ДРЕВНОСТИ БЫЛО РАЗВИТО ИСКУССТВО ШЛИФОВАТЬ ДРАГОЦЕННЫЕ КАМНИ И ИЗ НЕ ОЧЕНЬ КРАСИВЫХ МОНОКРИСТАЛЛОВ СОЗДАВАТЬ СВЕРКАЮЩИЕ ГРАНЯМИ УКРАШЕНИЯ

Алмаз Режущие инструменты, подшипники хронометров морских судов, ювелирные украшения Кварц, слюда Электротехника Флюорит, турмалин, исландский шпат Изготовление оптических приборов Рубин Лазер, оптические приборы, ювелирные украшения, камни для часов, изготовление химических волокон Сапфир, аметист Ювелирные украшения Кристаллы высокой химической чистоты Научные исследования Германий, кремний Полупроводниковые электронные приборы

Наряду с природными монокристаллами сегодня изготавливают и успешно применяют искусственные монокристаллы Искусственные монокристаллы выращиваются в лабораторных условиях.

Искуственные монокристаллы Фианиты- искусственные бриллианты

Поликристаллы- кристаллы, состоящие из многочисленных, сросшихся между собой кристалликов (монокристаллов)

Свойства поликристаллов Атомы расположены упорядоченно Изотропны Не имеют правильной геометрической формы Имеют определенную температуру плавления

Из поликристаллов наибольшее применение находят металлы Металлы обладают твердостью, это позволяет делать из них станки и машины. Ковкость металлов позволяет изготавливать изделия различной конфигурации. Расширение при нагревании используется в термометрах. Металлические утюги и сковороды обладают высокой теплопроводностью. Провода делают из металла, потому что металл обладает электропроводностью

Жидкие кристаллы Жидкие кристаллы Жидкие кристаллы Жидкие кристаллы Жидкие кристаллы – это органические вещества, обладающие свойством текучести, но в то же время в них наблюдается упорядоченность. Упорядоченность наблюдается на некоторых областях, называемыми доменами.Жидкие кристаллы

Применение жидких кристаллов Расположение молекул в жидких кристаллах изменяется под действием таких факторов, как температура, давление, электрические и магнитные поля; изменения же расположения молекул приводят к изменению оптических свойств, таких, как цвет, прозрачность и способность к вращению плоскости поляризации проходящего На всем этом основаны многочисленные применения жидких кристаллов.

Аморфные тела Это твёрдые тела, у которых нет строгого порядка в расположении атомов Примеры: кремнезём, смола, стекло, канифоль, сахарный леденец

Физические свойства: нет постоянной температуры плавления по мере повышения температуры размягчаются. изотропны, т.е. их физические свойства одинаковы по всем направлениям при низких температурах они ведут себя подобно кристаллическим телам, а при высокой подобны жидкостям. Аморфные тела

Виды деформаций Упругие – исчезают после прекращения действия внешних сил Пластические – не исчезают после прекращения действия внешних сил

Основные типы упругой деформации Растяжение и сжатие

Основные типы упругой деформации Сдвиг

Изгиб – сочетание растяжения и сжатия

Основные типы упругой деформации Кручение – сводится к сдвигу

абсолютной Физическая величина, равная модулю разности конечной и начальной длины деформированного тела, называется абсолютной деформацией: L = L – L 0 относительной Физическая величина, равная отношению абсолютной деформации тела к его начальной длине, называют относительной деформацией: = L/ L 0 = ( L/ L 0 )*100 %

В физике закон Гука принято записывать в другой форме Для этого введем две новые величины: относительное удлинение (сжатие) – ε и напряжение - σ Относительное удлинение (сжатие) – это изменение длины тела, отнесенное к единице длины. Оно равно отношению относительного удлинения тела (сжатия) к его первоначальной длине:

Механическое напряжение 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 Е Па где Е – модуль Юнга или модуль упругости, который измеряется в Па ( Е = σ / ε измеряется в тех же единицах, что напряжение)

Вывод закона Гука Е ε

Модуль упругости - Е Модуль Юнга зависит только от свойств материала и не зависит от размеров и формы тела. Для различных материалов модуль Юнга меняется в широких пределах. Для стали, например, E 2·10 11 Н/м 2, а для резины E 2·10 6 Н/м 2.

Диаграмма растяжения Зависимость относительного удлинения образца от приложенного к нему напряжения является одной из важнейших характеристик механических свойств твердых тел. Графическое изображение этой зависимости называется ДИАГРАММОЙ РАСТЯЖЕННИЯ. По оси ординат откладывается механическое напряжение, приложенное к образцу, а по оси абсцисс – относительное удлинение.

Диаграмма растяжения ОАВ – область упругих деформаций т.В – предел упругости ВС – область пластических деформаций т.С – предел пластичности СД – область текучести ДЕ – с увеличением нагрузки удлинение быстро начинает возрастать т.Е – предел прочности ЕК - разрушение образца

Механические свойства твердых тел Механическая характеристика Обозначение Пояснения Предел пропорциональности σ п наибольшее напряжение, до которого справедлив закон Гука Предел упругости σ уп наибольшее напряжение, при котором ещё не возникают заметные остаточные деформации Предел текучести σ т напряжение, при котором происходит рост остаточных деформаций образца при практически постоянной силе Предел прочности σ пч условное напряжение, соответствующее наибольшей силе, выдерживаемой образцом до разрушения