Жемчуг кристаллический или аморфный

Вы когда-нибудь задумывались о том, что представляют собой загадочные аморфные вещества? По строению они отличаются и от твердых, и от жидких. Дело в том, что такие тела находятся в особом конденсированном состоянии, имеющем только ближний порядок.

Примеры аморфных веществ — смола, стекло, янтарь, каучук, полиэтилен, поливинилхлорид (наши любимые пластиковые окна), различные полимеры и другие. Это твердые тела, у которых нет кристаллической решетки. Еще к ним можно отнести сургуч, различные клеи, эбонит и пластмассы.

Необыкновенные свойства аморфных веществ

Во время расщепления в аморфных телах не образуются грани. Частицы совершенно беспорядочны и находятся на близком расстоянии друг к другу. Они могут быть как сильно густыми, так и вязкими. Как на них влияют внешние воздействия? Под влиянием различных температур тела становятся текучими, словно жидкости, и одновременно довольно упругими.

В случае, когда внешнее воздействие длится недолго, вещества аморфного строения могут при мощном ударе расколоться на кусочки. Длительное влияние извне приводит к тому, что они просто-напросто текут.

Строение и свойства кристаллических и аморфных тел | Физика 10 класс #37 | Инфоурок

Попробуйте провести дома небольшой эксперимент с применением смолы. Положите ее на твердую поверхность, и вы заметите, что она начинает плавно растекаться. Правильно, ведь это аморфное вещество! Скорость зависит от показателей температуры. Если она будет сильно высокой, то растекаться смола начнет заметно быстрее.

Что еще характерно для таких тел? Они могут принимать любую форму. Если аморфные вещества в виде маленьких частиц поместить в сосуд, например, в кувшин, то они также примут форму сосуда. Еще они являются изотропными, то есть проявляют одинаковые физические свойства по всем направлениям.

Плавление и переход в другие состояния. Металл и стекло

Аморфное состояние вещества не подразумевает поддержания какой-либо определенной температуры. При низких показателях тела застывают, при высоких — плавятся. Кстати, от этого зависит и степень вязкости таких веществ. Низкая температура способствует пониженной вязкости, высокая, наоборот, ее повышает.

Для веществ аморфного типа можно выделить еще одну особенность — переход в кристаллическое состояние, причем самопроизвольный. Почему так происходит? Внутренней энергии в кристаллическом теле намного меньше, чем в аморфном. Мы это можем заметить на примере стеклянной продукции — со временем стекла становятся мутными.

Металлическое стекло — что же это такое? Металл можно избавить от кристаллической решетки в ходе плавления, то есть сделать вещество аморфного строения стеклообразным. Во время застывания при искусственном охлаждении кристаллическая решетка снова образуется. Аморфный металл имеет просто поразительную стойкость к коррозии.

Физика 10 Кристаллические и аморфные тела

Например, сделанный из него кузов автомобиля не нуждался бы в различных покрытиях, так как не подвергался бы самопроизвольному разрушению. Аморфным веществом является такое тело, атомная структура которого обладает невиданной прочностью, а значит, аморфный металл мог бы применяться в совершенно любой промышленной отрасли.

Кристаллическое строение веществ

Чтобы хорошо разбираться в характеристиках металлов и уметь с ними работать, нужно обладать знаниями о кристаллическом строении тех или иных веществ. Производство продукции из металлов и область металлургии не смогли бы получить такое развитие, если бы у людей не было определенных знаний об изменениях в структуре сплавов, технологических приемах и эксплуатационных характеристиках.

Четыре состояния вещества

Общеизвестно, что существует четыре агрегатных состояния: твердое, жидкое, газообразное, плазменное. Твердые аморфные вещества могут быть и кристаллическими. При таком строении может наблюдаться пространственная периодичность в расположении частиц. Эти частицы в кристаллах могут выполнять периодическое движение.

Во всех телах, которые мы наблюдаем в газообразном или жидком состоянии, можно заметить движение частиц в виде хаотичного беспорядка. Аморфные твердые вещества (например, металлы в конденсированном состоянии: эбонит, стеклянная продукция, смолы) можно называть жидкостями замороженного типа, потому что у них при изменении формы можно заметить такую характерную черту, как вязкость.

Отличие аморфных тел от газов и жидкостей

Проявления пластичности, упругости, упрочнения при деформации свойственны многим телам. Кристаллические и аморфные вещества в большей степени обладают этими характеристиками, в то время как жидкости и газы не имеют таких свойств. Но зато можно заметить, что они способствуют упругому изменению объема.

Кристаллические и аморфные вещества. Механические и физические свойства

Что собой представляют кристаллические и аморфные вещества? Как уже упоминалось выше, аморфными можно назвать те тела, которые обладают огромным коэффициентом вязкости, и при обыкновенной температуре их текучесть невозможна. А вот высокая температура, наоборот, позволяет, им быть текучими, как жидкость.

Совершенно другими представляются вещества кристаллического типа. Эти твердые тела могут иметь свою температуру плавления, зависящую от внешнего давления. Получение кристаллов возможно, если охладить жидкость. Если не принимать определенных мер, то можно заметить, что в жидком состоянии начинают возникать различные центры кристаллизации.

В области, окружающей эти центры, происходит образование твердого вещества. Очень маленькие кристаллики начинают соединяться друг с другом в беспорядочном порядке, и получается так называемый поликристалл. Такое тело является изотропным.

Характеристики веществ

Что определяет физические и механические характеристики тел? Важное значение имеют атомные связи, а также тип кристаллической структуры. Кристаллам ионного типа характерны ионные связи, что означает плавный переход от одних атомов к другим. При этом происходит образование положительно и отрицательно заряженных частиц.

Ионную связь мы можем наблюдать на простом примере — такие характеристики свойственны разнообразным оксидам и солям. Еще одна особенность ионных кристаллов — низкая проводимость тепла, но ее показатели могут заметно возрастать при нагревании. В узлах кристаллической решетки можно заметить различные молекулы, которые отличаются крепкой атомной связью.

Множество минералов, которые мы встречаем повсеместно в природе, имеют строение кристаллическое. И аморфное состояние вещества — это тоже природа в чистом виде. Только в этом случае тело представляет собой нечто бесформенное, а вот кристаллы могут принимать формы красивейших многогранников с наличием плоских граней, а также образовывать новые удивительной красоты и чистоты твердые тела.

Что представляют собой кристаллы? Аморфно-кристаллическая структура

Форма таких тел постоянна для определенного соединения. Например, берилл всегда выглядит как шестигранная призма. Проведите небольшой эксперимент. Возьмите небольшой кристаллик поваренной соли кубической формы (шар) и положите его в специальный раствор как можно более насыщенный той же поваренной соли. Со временем вы заметите, что этот тело осталось неизменным — оно снова приобрело форму куба или шара, которая присуща именно кристаллам поваренной соли.

Как известно, такие промышленные материалы, как фарфор, керамическая плитка, каменное литье и ситаллы, — это аморфно-кристаллические вещества, потому что содержат стекловидные фазы и одновременно кристаллы в своем составе. При этом стоит отметить, что свойства материалов не зависят от содержания в нем стеклофаз.

Аморфные металлы

Применение аморфных веществ наиболее активно осуществляется в области медицины. Например, быстро охлажденный металл активно используется в хирургии. Благодаря связанным с ним разработкам многие люди получили возможность самостоятельно передвигаться после тяжелых травм. Все дело в том, что вещество аморфной структуры является отличным биоматериалом для имплантации в кости.

Полученные специальные винты, пластины, штыри, булавки внедряют при тяжелых переломах. Раньше в хирургии для таких целей применялись сталь и титан. Лишь позже было замечено, что аморфные вещества очень медленно распадаются в организме, а это удивительное свойство дает возможность восстановиться костным тканям. Впоследствии вещество заменяется костью.

Применение веществ аморфного типа в метрологии и точной механике

Точная механика основана именно на точности, а потому так и называется. Особенно важную роль в данной отрасли, равно как и в метрологии, играют сверхточные показатели приборов измерения, этого позволяет добиться использование в устройствах аморфных тел. Благодаря точным измерениям проводятся лабораторные и научные исследования в институтах в области механики и физики, происходит получение новых препаратов, совершенствование научных знаний.

Полимеры

Еще один пример применения аморфного вещества — это полимеры. Они могут медленно переходить из твердого состояния в жидкость, в то время как кристаллические полимеры характеризуются температурой плавления, а не температурой размягчения. Каково физическое состояние аморфных полимеров? Если предоставить этим веществам низкую температуру, можно заметить, что они будут находиться в стеклообразном состоянии и проявлять свойства твердых тел. Постепенное нагревание способствует тому, что полимеры начинают переходить в состояние повышенной эластичности.

Аморфные вещества, примеры которых мы сейчас приводили, интенсивно используются в промышленности. Сверхэластичное состояние позволяет полимерам как угодно деформироваться, а достигается такое состояние благодаря повышенной гибкости звеньев и молекул. Дальнейшее повышение показателей температуры приводит к тому, что полимер приобретает еще более эластичные свойства. Он начинает переходить в особое текучее и вязкое состояние.

Если оставить ситуацию без контроля и не воспрепятствовать дальнейшему повышению температуры, полимер подвергнется деструкции, то есть разрушению. Вязкое состояние показывает, что все звенья макромолекулы очень подвижны. Когда течет молекула полимера, звенья не только выпрямляются, но и еще и сильно сближаются друг с другом.

Межмолекулярное воздействие превращает полимер в жесткое вещество (резину). Такой процесс называют механическим стеклованием. Полученное вещество используют для производства пленок и волокон.

На основе полимеров можно получить полиамиды, полиакрилонитрилы. Чтобы изготовить полимерную пленку, нужно продавить полимеры через фильеры, которые имеют щелевидное отверстие, и нанести на ленту. Таким образом изготавливаются упаковочные материалы и основы для магнитных лент. К полимерам относятся также различные лаки (образующие пенку в органическом растворителе), клеи и другие скрепляющие материалы, композиты (полимерная основа с наполнителем), пластмассы.

Области применения полимеров

Такого вида аморфные вещества прочно внедрились в нашу жизнь. Применяются они повсюду. К ним относят:

1. Различные основы для изготовления лаков, клея, пластмассовых изделий (фенолформальдегидные смолы).

3. Электроизоляционный материал — поливинилхлорид, или всем известные пластиковые окна из ПВХ. Он устойчив к пожарам, так как считается трудногорючим, обладает повышенной механической прочностью и электроизоляционными свойствами.

4. Полиамид — вещество, обладающее очень высокой прочностью, стойкостью к износу. Ему свойственны высокие диэлектрические характеристики.

5. Плексиглас, или полиметилметакрилат. Его мы можем применять в сфере электротехники или использовать как материал для конструкций.

6. Фторопласт, или политетрафторэтилен, — известный диэлектрик, который не проявляет свойств растворения в растворителях органического происхождения. Обширный диапазон температур и хорошие диэлектрические свойства позволяют применять его как гидрофобный или антифрикционный материал.

7. Полистирол. Этот материал не подвержен воздействию кислот. Он, так же как фторопласт и полиамид, может считаться диэлектриком. Очень прочен в отношении механического воздействия. Полистирол используют повсеместно.

Например, он хорошо зарекомендовал себя как конструкционный и электроизоляционный материал. Применяется в электро- и радиотехнике.

8. Наверное, самый известный для нас полимер — это полиэтилен. Материал проявляет устойчивость при воздействии агрессивной среды, он абсолютно не пропускает влагу. Если упаковка выполнена из полиэтилена, можно не бояться, что содержимое испортится под воздействием сильного дождя. Полиэтилен — это тоже диэлектрик. Его применение обширно.

Из него изготавливают трубные конструкции, различные электротехнические изделия, изоляционную пленку, оболочки для кабелей телефонных и силовых линий, детали для радио и другой аппаратуры.

9. Полихлорвинил — это высокополимерное вещество. Он является синтетическим и термопластичным. Обладает структурой молекул, которые несимметричны. Почти не пропускает воду и изготавливается путем прессования с помощью штамповки и путем формования. Полихлорвинил применяют чаще всего в электрической промышленности.

На его основе создают различные теплоизоляционные шланги и шланги для химической защиты, аккумуляторные банки, изоляционные втулки и прокладки, провода и кабели. Полихлорвинил также является отличной заменой вредному свинцу. Его нельзя применять в качестве высокочастотных цепей в виде диэлектрика. А все из-за того, что в этом случае показатели диэлектрических потерь будут высокими. Обладает высокой проводимостью.

Источник: fb.ru

Аморфное и кристаллическое состояния вещества

Строение твердого вещества определяется не только взаимным расположением атомов внутри химических частиц, но и размещением самих частиц в пространстве относительно друг друга и расстояниями между ними. В зависимости от расположения частиц в пространстве различают ближний и дальний порядок.

Ближний порядок заключается в том, что частицы вещества закономерно размещаются в пространстве на определенных расстояниях и направлениях друг от друга. Если такая упорядоченность сохраняется или периодически повторяется во всем объеме твердого вещества, то формируется дальний порядок. Иначе говоря, дальний и ближний порядки — это наличие корреляции микроструктуры вещества либо в пределах всего макроскопического образца (дальний), либо в области с ограниченным радиусом (ближний). В зависимости от совокупного (или подавляющего) действия ближнего или дальнего порядка размещения частиц твердое тело может иметь кристаллическое или аморфное состояние.

Наиболее упорядоченным является размещение частиц в кристаллах (от греческого « кристалос » — лед), в которых атомы, молекулы или ионы расположены только в определенных точках пространства, названных узлами кристаллической решетки.

Кристаллическое состояние — это упорядоченная периодическая структура, которая характеризуется наличием как ближнего, так и дальнего порядка размещения частиц твердого вещества.

Характерным признаком кристаллических веществ по сравнению с аморфными является анизотропия.

Анизотропия — это разница физико-химических свойств кристаллического вещества (электро- и теплопроводности, прочности, оптических характеристик и т.д.) в зависимости от выбранного направления в кристалле .

Анизотропия обусловлена ​​внутренним строением кристаллов. В разных направлениях расстояние между частицами в кристалле разная, поэтому и количественная характеристика того или иного свойства для этих направлений будет разной.

Особенно ярко анизотропия проявляется в монокристаллах. На этом свойстве основано производство лазеров, обработка монокристаллов полупроводников, изготовление кварцевых резонаторов и ультразвуковых генераторов. Типичным примером анизотропного кристаллического вещества является графит, структура которого представляет собой параллельные слои с различными энергиями связи в середине слоев и между отдельными слоями. Благодаря этому теплопроводность вдоль слоев в пять раз выше, чем в перпендикулярном направлении, а электропроводность в направлении отдельного слоя близка к металлической и сотни раз больше электропроводности в перпендикулярном направлении.

Иногда одно и то же вещество может образовывать кристаллы различной формы. Это явление называют полиморфизмом, а различные кристаллические формы одного вещества — полиморфными модификациями, например, алотропы алмаз и графит; a-, b-, g- и d-железо; a- и b-кварц (обратите внимание на различие понятий «аллотропия», которое относится исключительно к простым веществам в любом агрегатном состоянии, и «полиморфизм», которое характеризует строение только кристаллических соединений).

В то же время различные по составу вещества могут образовывать кристаллы одинаковой формы — это явление называют изоморфизмом. Так, изоморфными веществами, имеющими одинаковые кристаллические решетки, являются металлы Al и Cr и их оксиды; Ag и Au; BaCl2 и SrCl2 ; KMnO4 и BaSO4.

Подавляющее большинство твердых веществ при обычных условиях существует в кристаллическом состоянии.

Твердые вещества, не имеющие периодической структуры, относятся к аморфным (от греческого « аморфос» — бесформенный). Однако некоторая упорядоченность структуры в них присутствует. Она проявляется в закономерном размещении вокруг каждой частицы ее ближних «соседей», то есть аморфные вещества имеют только ближний порядок и этим напоминают жидкости, поэтому их с некоторым приближением можно рассматривать как переохлажденные жидкости с очень высокой вязкостью. Разница между жидким и твердым аморфным состоянием определяется характером теплового движения частиц: в аморфном состоянии они способны лишь к колебательным и вращательным движения, но не могут перемещаться в толще вещества.

Аморфное состояние — это твердое состояние вещества, характеризующееся наличием ближнего порядка в размещении частиц, а также изотропностью — одинаковыми свойствами в любом направлении.

Аморфное состояние веществ менее стабильно по сравнению с кристаллическим, так аморфные вещества могут переходить в кристаллическое состояние под действием механических нагрузок или при изменении температуры. Однако некоторые вещества могут находиться в аморфном состоянии в течение достаточно большого периода. Например, вулканическое стекло (возраст которого доходит до нескольких миллионов лет), обычное стекло, смолы, воск, большинство гидроксидов переходных металлов и тому подобное. При определенных условиях в аморфном состоянии могут находиться почти все вещества, кроме металлов и некоторых ионных соединений. С другой стороны, известны вещества, способные существовать только в аморфном состоянии (органические полимеры с неравномерной последовательностью элементарных звеньев).

Физические и химические свойства вещества в аморфном состоянии могут существенно отличаться от ее свойств в кристаллическом состоянии. Реакционная способность веществ в аморфном состоянии значительно выше, чем в кристаллическом. Например, аморфный GeO2 значительно активнее в химическом отношении, чем кристаллический.

Переход твердых веществ в жидкое состояние в зависимости от строения имеет свои особенности. Для кристаллического вещества плавления происходит при определенной температуре, которая является фиксированной для данного вещества, и сопровождается скачкообразным изменением ее свойств (плотность, вязкость и т.д.). Аморфные вещества, напротив, переходят в жидкое состояние постепенно, в течение некоторого интервала температур (так называемый интервал размягчения ), во время которого происходит плавное, медленное изменение свойств.

Сравнительная характеристика аморфных и кристаллических веществ:

твердого вещества

характеристика

примеры

2. Изотропность физических свойств;

3. Отсутствие фиксированной температуры плавления;

4. Термодинамическая нестабильность (большой запас внутренней энергии)

2. Анизотропнисть физических свойств;

3. Фиксированная температура плавления;

4. Термодинамическая устойчивость (небольшой запас внутренней энергии)

5. Наличие элементов симметрии

Источник: www.polnaja-jenciklopedija.ru

Кристаллические и аморфные тела. Физика. 10 класс.

Сей­час мы впер­вые при­сту­па­ем к рас­смот­ре­нию твёр­дых тел с точки зре­ния мо­ле­ку­ляр­но ки­не­ти­че­ской тео­рии. Ко­неч­но же, твёр­дые тела ра­зи­тель­ным об­ра­зом от­ли­ча­ют­ся от газов, а тем более иде­аль­ных газов, по своей струк­ту­ре и свой­ствам, од­на­ко мы всё равно можем, поль­зу­ясь уже име­ю­щи­ми­ся зна­ни­я­ми, опи­сать их.

Во-пер­вых, вспом­ним, какое опре­де­ле­ние твёр­дым телам вво­ди­лось в млад­ших клас­сах:

Опре­де­ле­ние. Твёр­дые тела – тела, ко­то­рые со вре­ме­нем не ме­ня­ют своей формы и объ­ё­ма. Те­перь же для рас­ши­ре­ния тео­рии о твёр­дых телах мы вве­дём клас­си­фи­ка­цию твёр­дых тел. Твёр­дые тела де­лят­ся на…

1. Кри­стал­лы (кри­стал­ли­че­ские тела)
2. Аморф­ные тела
3. Ком­по­зи­ты (ком­по­зит­ные тела) (рис. 1)

Рис. 1. При­ме­ры кри­стал­ли­че­ских (соль) и аморф­ных (воск) твёр­дых тел со­от­вет­ствен­но

Рас­смот­ри кри­стал­ли­че­ские тела:

Опре­де­ле­ние.Кри­стал­лы – твёр­дые тела, у ко­то­рых на­блю­да­ет­ся упо­ря­до­чен­ное рас­по­ло­же­ние ато­мов или мо­ле­кул (см. рис. 2).

Рис. 2. При­мер кри­стал­ли­че­ской ре­шёт­ки (ка­мен­ная соль)

Кри­стал­лы, в свою оче­редь, также де­лят­ся на два клас­са:

1. Мо­но­кри­стал­лы, то есть вся струк­ту­ра тела пред­став­ле­на еди­ным кри­стал­лом (алмаз, рубин, сап­фир…)

2. По­ли­кри­стал­лы, то есть струк­ту­ра тела пред­став­ля­ет собой объ­ё­ди­не­ние боль­шо­го ко­ли­че­ства малых кри­стал­лов (гра­нит, боль­шин­ство ме­тал­лов…)

Сле­ду­ет также знать, что кри­стал­ли­че­ская струк­ту­ра не яв­ля­ет­ся свой­ством, ха­рак­тер­ным для одних хи­ми­че­ских эле­мен­тов или со­еди­не­ний, а для дру­гих неха­рак­тер­ным. Дело в том, что мно­гие твёр­дые тела об­ла­да­ют так на­зы­ва­е­мым свой­ством по­ли­мор­физ­ма.

Опре­де­ле­ние. По­ли­мор­физм – свой­ство твёр­дых тел су­ще­ство­вать в со­сто­я­нии с раз­лич­ной кри­стал­ли­че­ской ре­шёт­кой. На­при­мер, уже при­во­ди­мые на одном из про­шлых уро­ков в ка­че­стве при­ме­ра алмаз и гра­фит оба со­сто­ят из уг­ле­ро­да, од­на­ко с раз­лич­ным рас­по­ло­же­ни­ем его ато­мов.

Кри­стал­лы могут быть рас­пре­де­ле­ны на две груп­пы также и по сле­ду­ю­щим свой­ствам: изо­тро­пия и ани­зо­тро­пия.

Опре­де­ле­ние. Ани­зо­тро­пия – за­ви­си­мость фи­зи­че­ских свойств кри­стал­ла от на­прав­ле­ния. То есть кри­стал­ли­че­ская струк­ту­ра не сим­мет­рич­на, и су­ще­ству­ет несколь­ко осей, вдоль ко­то­рых у кри­стал­ла про­яв­ля­ют­ся раз­лич­ные свой­ства (ме­ха­ни­че­ские, элек­три­че­ские, оп­ти­че­ские). Ани­зо­тро­пия свой­ствен­на мо­но­кри­стал­лам.

Изо­тро­пия – неза­ви­си­мость фи­зи­че­ских свойств кри­стал­ла от на­прав­ле­ния. Свой­ствен­на по­ли­кри­стал­лам, по­то­му как несим­мет­ри­че­ские мо­но­кри­стал­лы ори­ен­ти­ру­ют­ся ха­о­ти­че­ски, сводя на нет несим­мет­рич­ность.

Ещё одним прин­ци­пом, по ко­то­ро­му можно клас­си­фи­ци­ро­вать кри­стал­лы, яв­ля­ет­ся при­ро­да свя­зей, ко­то­рые удер­жи­ва­ют узлы кри­стал­ли­че­ской ре­шёт­ки вме­сте:

1. Мо­ле­ку­ляр­ные связи ха­рак­тер­ны для кри­стал­лов с очень низ­кой ме­ха­ни­че­ской твёр­до­стью (кри­стал­лы на ос­но­ве во­до­ро­да и гелия)
2. Ко­ва­лент­ные связи ха­рак­тер­ны, на­про­тив, для кри­стал­лов с вы­со­кой проч­но­стью (алмаз)
3. Ион­ные связи (соли)
4. Ме­тал­ли­че­ские связи (ме­тал­лы)

Аморфные тела

Пе­рей­дём к рас­смот­ре­нию аморф­ных тел:

Опре­де­ле­ние. Аморф­ные тела – тела, не име­ю­щие стро­гой кри­стал­ли­че­ской ре­шёт­ки, бес­фор­мен­ные тела (смола, стек­ло, гра­фит…). Аморф­ные тела ещё на­зы­ва­ют пе­ре­охла­ждён­ны­ми вяз­ки­ми жид­ко­стя­ми в связи с тем, что у них нет стро­гой тем­пе­ра­ту­ры плав­ле­ния, по­то­му как нет яв­но­го пе­ре­хо­да от твёр­до­го со­сто­я­ния до жид­ко­го: с уве­ли­че­ни­ем тем­пе­ра­ту­ры аморф­ные тела стают толь­ко более те­ку­чи­ми, а свой­ство те­ку­че­сти со­хра­ня­ет­ся у них даже при низ­ких тем­пе­ра­ту­рах.

Пе­рей­дём к рас­смот­ре­нию ком­по­зит­ных тел:

Композитные тела

Опре­де­ле­ние. Ком­по­зит­ные тела – ис­кус­ствен­но со­здан­ные твёр­дые тела, со­сто­я­щие из жёст­кой мат­ри­цы и ни­те­вид­но­го кри­стал­ли­че­ско­го на­пол­ни­те­ля. Бла­го­да­ря раз­но­об­раз­ным ком­би­ни­ро­ва­ни­ям этих двух со­став­ля­ю­щих, можно по­лу­чать же­ла­е­мую проч­ность, гиб­кость, упру­гость и т. д. ма­те­ри­а­ла.

Рас­смот­рим те­перь такой фи­зи­че­ский про­цесс, как де­фор­ма­ция, и опи­шем раз­лич­ные её раз­но­вид­но­сти.

Деформация

Опре­де­ле­ние. Де­фор­ма­ция – из­ме­не­ние формы или объ­ё­ма твёр­до­го тела. Раз­ли­ча­ют пять видов де­фор­ма­ций:

1. Рас­тя­же­ние – уве­ли­че­ние рас­сто­я­ния между мо­ле­ку­ляр­ны­ми ря­да­ми
2. Сжа­тие – умень­ше­ние рас­сто­я­ния между мо­ле­ку­ляр­ны­ми ря­да­ми
3. Сдвиг – сме­ще­ние мо­ле­ку­ляр­ных рядов друг от­но­си­тель­но друга без из­ме­не­ния рас­сто­я­ния между ними
4. Кру­че­ние – по­во­рот мо­ле­ку­ляр­ных рядов друг от­но­си­тель­но друга
5. Изгиб – ком­би­на­ция де­фор­ма­ций сжа­тия и рас­тя­же­ния

Закон Гука

Со­вер­шен­но оче­вид­но, что для того, чтобы про­из­ве­сти де­фор­ма­цию тела, необ­хо­ди­мо при­ло­жить силу. Но, по тре­тье­му за­ко­ну Нью­то­на, со сто­ро­ны тела будет дей­ство­вать сила про­ти­во­дей­ствия, или, как её на­зва­ли, сила упру­го­сти. Су­ще­ству­ет закон, поз­во­ля­ю­щий опре­де­лить ве­ли­чи­ну этой силы в за­ви­си­мо­сти от ве­ли­чи­ны де­фор­ма­ции.

Этот закон носит имя Ро­бер­та Гука – ан­глий­ско­го учё­но­го (рис. 3). Но пре­жде, чем вы­ве­сти его, сфор­му­ли­ру­ем неко­то­рые па­ра­мет­ры ма­те­ри­а­ла и де­фор­ма­ции.

Опре­де­ле­ние. Аб­со­лют­ная де­фор­ма­ция (сдви­га) — :

Здесь: — ко­неч­ная длина тела; — на­чаль­ная длина тела.

От­но­си­тель­ная де­фор­ма­ция – :

Ме­ха­ни­че­ское на­пря­же­ние – :

Здесь: — сила упру­го­сти, дей­ству­ю­щая внут­ри тела; — пло­щадь се­че­ния тела, пер­пен­ди­ку­ляр­но­го к на­прав­ле­нию век­то­ра силы.

Закон Ро­бер­та Гука в общем виде вы­гля­дит сле­ду­ю­щим об­ра­зом:

Здесь: — мо­дуль Юнга или мо­дуль упру­го­сти, таб­лич­ная ве­ли­чи­на, ха­рак­те­ри­зу­ю­щая упру­гие ка­че­ства ве­ще­ства.

Уви­дим те­перь, как можно свя­зать вы­ше­при­ве­дён­ную фор­му­ли­ров­ку за­ко­на Гука со зна­ко­мой нам ещё из курса ди­на­ми­ки:

Очень важ­ным яв­ля­ет­ся тот факт, что, во-пер­вых, закон Гука, сфор­му­ли­ро­ван­ный на этом уроке, яв­ля­ет­ся более общим, неже­ли из­вест­ный нам ранее, а во-вто­рых, закон Гука вы­пол­ним толь­ко при неболь­ших де­фор­ма­ци­ях.

Рис. 3. Ро­берт Гук

Диаграмма растяжений

Для ил­лю­стра­ции де­фор­ма­ци­он­ных ка­честв твёр­до­го тела очень хо­ро­шо под­хо­дит диа­грам­ма рас­тя­же­ний, то есть гра­фик за­ви­си­мо­сти ме­ха­ни­че­ско­го на­пря­же­ния от от­но­си­тель­ной де­фор­ма­ции (см рис. 4).

Рис. 4. Диа­грам­ма рас­тя­же­ний

Уча­сток ОА на­зы­ва­ет­ся участ­ком упру­го­сти, то есть при рас­тя­же­ни­ях, по­па­да­ю­щих в этот уча­сток, после сня­тия на­пря­же­ния с об­раз­ца тело при­ни­ма­ет свою пер­во­на­чаль­ную форму и объём. Зна­че­ние ме­ха­ни­че­ско­го на­пря­же­ния в точке А на­зы­ва­ет­ся ме­ха­ни­че­ским на­пря­же­ни­ем про­пор­ци­о­наль­но­сти. Уча­сток СD, на­про­тив, на­зы­ва­ет­ся об­ла­стью те­ку­че­сти, и при де­фор­ма­ции боль­шей, чем зна­че­ние в точке C, де­фор­ма­ция ста­но­вит­ся эла­стич­ной, то есть тело не воз­вра­ща­ет­ся в на­чаль­ное со­сто­я­ние после сня­тия на­пря­же­ния. Имен­но по ве­ли­чине этой зоны опре­де­ля­ет­ся устой­чи­вость об­раз­ца к раз­ры­ву. Зна­че­ние ме­ха­ни­че­ско­го на­пря­же­ния в точке E на­зы­ва­ет­ся пре­де­лом проч­но­сти и со­от­вет­ству­ет той гра­ни­це, при пе­ре­хо­де ко­то­рой об­ра­зец раз­ру­ша­ет­ся.

В тех­ни­ке часто ис­поль­зу­ет­ся по­ня­тие «ко­эф­фи­ци­ент без­опас­но­сти».

Опре­де­ле­ние. Ко­эф­фи­ци­ент без­опас­но­сти – от­но­ше­ние ме­ха­ни­че­ско­го на­пря­же­ния про­пор­ци­о­наль­но­сти к мак­си­маль­но­му ме­ха­ни­че­ско­му на­пря­же­нию, ко­то­рое ис­пы­ты­ва­ет де­таль, стро­е­ние.

Жидкие кристаллы

Осо­бен­ный ин­те­рес пред­став­ля­ют собой тела, на­зы­ва­ю­щи­е­ся жид­ки­ми кри­стал­ла­ми.

Опре­де­ле­ние. Жид­кие кри­стал­лы – тела, од­но­вре­мен­но об­ла­да­ю­щие свой­ства­ми кри­стал­лов (упо­ря­до­чен­ное стро­е­ние мо­ле­кул и ато­мов) и жид­ко­стей (те­ку­честь). Важ­ней­шее свой­ство жид­ких кри­стал­лов – оп­ти­че­ская ани­зо­тро­пия, то есть неоди­на­ко­вое про­хож­де­ние света по раз­ным на­прав­ле­ни­ям.

Все жид­кие кри­стал­лы раз­де­ле­ны на три типа (рис. 5):

1. Нема­ти­ки – кри­стал­лы имеют ни­те­вид­ную струк­ту­ру
2. Смек­ти­ки – пред­став­ля­ют собой некие мыль­ные рас­тво­ры
3. Хо­ле­сте­ри­ки – со­дер­жат в своём со­ста­ве хо­ле­сте­рин

Рис. 5. Схема ори­ен­та­ции мо­ле­кул раз­лич­ных типов жид­ких кри­стал­лов

К занятию прикреплен файл «Это интересно!». Вы можете скачать файл в любое удобное для вас время.

Источник: www.kursoteka.ru