Властивості твердих тіл

Тверді тіла мають ряд специфічних ознак і властивостей. Вони визначаються різними параметрами і характерними рисами. В основі вивчення цих властивостей лежить пізнавальний процес усього оточуючого нас світу. Це входить в фундаментальні основи фізики. Дослідження сьогодні проводяться не тільки на макрорівні, але й осягаються ознаки звичних нам твердих тіл, з яких складається практично всі навколо.

Типи твердих тіл

Всі тверді тіла поділяються на два основних типи:

  • аморфні тіла;
  • тіла з кристалічною структурою.

Тверді тіла складаються з різноманіття нескінченних молекулярних зв’язків. Без використання різних твердих тіл, які мають відмінні один від одного специфічними властивостями неможливо сьогодні уявити собі розвиток науки і техніки. В даний час метали та інші діелектрики активно використовуються в електротехніки, електроніці різного рівня.

В основі такого обладнання лежать напівпровідники, які мають унікальні властивості, що дозволяють здійснювати науково-технічний прогрес прискореними темпами. Це і різні магніти, понад, інші нові матеріали з корисними характеристиками. Тому вивчення фізики твердого тіла прямо пов’язане з подальшим розвитком науки і технологій.

Взаємодія частинок породжують появу особливих властивостей у твердих тіл з кристалічною структурою внутрішньої будови. Колективні властивості електронів можуть визначати ступінь електропровідності різних твердих тіл. Характер колективного коливання атомів при взаємодії певної температурою дозволяє говорити про здатність до теплоємності. Воно виникає в тому випадку, коли тіла можуть поглинати тепло в певних межах. Одні тверді тіла більш схильні до поглинання тепла і нагріваються сильніше, інші – ні.

У кристалах внутрішня структура речовини передбачає наявність кристалічної решітки. В таких твердих тілах молекули або атоми шикуються абсолютно певним і впорядкованим чином в просторі. Кристали мають плоскі грані, а також сувору періодичність розташування вузлів і елементів всієї конструкції. По-іншому влаштовані тверді тіла аморфного типу. Вони складаються з великого і безладного скупчення атомів.

Кристалічні тіла мають властивості анізотропності, що передбачає залежність фізичних властивостей від напряму усередині кристала. Всі метали мають кристалічну структуру, тому саме їх людство сьогодні використовує в якості основного матеріалу для будівництва. Однак метали в звичайному своєму стані не виявляють властивостей анізотропності.

Є випадки, коли один і той же речовина може перебувати в аморфному і кристалічному стані.

Властивості аморфних тіл

Аморфні тверді тіла мають ознаки ізотропності. Іншими словами, фізичні властивості таких тіл матимуть однакові показники по всіх напрямках вивчення. До таких тіл часто відносять скло, смолу, льодяники. При певному рівні зовнішніх силових впливах такі тверді тіла перетворюються в інший стан або набувають інші ознаки. До основних властивостей аморфних тіл відносять:

  • пружність;
  • плинність.

Пружність при цьому подібно основними параметрами всіх твердих тіл, а плинність має ознаки рідини. Такі тіла при короткочасному силовому фізичному впливі поводяться як тверді тіла, володіючи пружністю. Однак при більш сильних і активних діях можуть розколотися на частини. Якщо взаємодії відбуваються інтенсивно і протягом великої кількості часу, тоді тверді тіла схильні до плинності.

Молекули і атоми аморфних тіл, як і в рідинах мають певний час коливань біля положення рівноваги. Час такого положення на відміну рідини не таке велике, тому їх по внутрішнім властивостям наближають до кристалічним. Атом перебудовуються з одного положення в інше постійно і надовго. Стан рівноваги атомів зберігається практично без змін. Аморфні тіла при низьких температурах повністю відповідають властивостям твердих тіл. Якщо температура прагне до підвищення, зв’язку на молекулярному рівні також змінюються. Ці тіла наближено нагадують властивості рідин.

Аморфні тіла займають проміжне положення між кристалічними твердими тілами і рідинами. Їх атоми або молекули розташовуються у відносному порядку. Якщо відбувається розуміння властивостей зазначених речовин, то можна створювати такі матеріали, які будуть відповідати певним характеристикам і властивостями.

Пластичність і крихкість

Існують такі матеріали, які відчувають пластичні деформації при відносно невеликому впливі зовнішніх факторів. Властивості пластичності характерні для аморфних твердих тіл. Якщо тіло здатне руйнуватися при невеликих деформаціях, тоді варто говорити про тверді тіла з властивостями крихкості. Це специфічне фізичне властивість має більш важливе значення на практиці, ніж пружність і пластичність.

В якості найбільш тендітних матеріалів можна привести в приклад вироби з порцеляни. Всі знають, що посуд може розбиватися на шматки під час падіння з висоти. Мармур, чавун і бурштин також можна зарахувати до матеріалів, які володіють досить великим ступенем крихкості. Решта метали зазвичай не припускають наявності таких властивостей і витримують серйозні навантаження до момент деформації або руйнування.

Фахівці неохоче ділять тверді тіла на пластичні і пружні, оскільки цей поділ носить умовний характер. Це означає, що один і той же матеріал здатний набувати ті чи інші властивості виходячи з зовнішніх факторів. Один матеріал може мати властивості пружності і пластичності в залежності від виникаючої напруги.

Також у різних матеріалів є власний межа міцності. Він виникає в момент, коли напруга в матеріалі значно перевищує межу пружності. В цьому випадку, схильний до навантажень предмет не приймає вихідних розмірів і залишається в деформованому вигляді.

При збільшенні навантаження на тверде тіло процес деформації відбувається з новою силою і швидше. При досягненні максимуму в певній точці відбувається розрив матеріалу. Напруга в цей відрізок часу досягає граничного максимального значення. Деталь розтягується без збільшення зовнішнього навантаження до повного або часткового руйнування. Подібна величина буде залежати від певного матеріалу і якості його обробки.

ПОДІЛИТИСЯ: