Загальна інформація

Густина вимірюється в кг/м³ всистемі СІ. В системіСГСодиниця вимірювання густини —г/см³

Для сипких і пористих тіл розрізняють справжню густину — без урахування порожнин і явну густину — відношення маси речовини до всього займаного об'єму.

Як правило, в разі зменшення температури густина збільшується, але є речовини, чия густина в певних термпературних діапазонах веде себе інакше, наприклад, водаічавун.

В разі зміни агрегатного станугустина змінюється стрибкоподібно.

Найбільшу густину у Всесвітімаютьчорні діри(ρ ≈ 10¹⁴кг/м³) інейтронні зорі(ρ ≈ 10¹¹кг/м³). Найнижчу густину маєміжгалактичне середовище(ρ ≈ 10^-33кг/м³).

В астрономіїбільше значення має середня густина небесних тіл, за нею можна приблизно визначити склад цього тіла.

Різновиди Густина відносна

Густина відносна, (рос.плотность относительная,англ.relative density;нім.relative Dichte f) — безрозмірна фізична величина, що дорівнює відношенню густини речовини, яка розглядається, до густини іншої речовини.

Наприклад, густина газу відносна (рос.плотность газа относительная;англ.relative density of gas;нім.relative Gasdichte f) — відношення густини газу до густини сухого повітря за нормальних умов (нормальної температури 0 °C, нормального тиску 101 325Па= 760мм рт.ст.) або стандартних (20 °C; 101 325 Па) умов. Відносна густина газу перебуває в прямій залежності від його молекуляної маси і змінюється приблизно від 0,5 до 1,2 і більше.

Інший приклад: густина нафти відносна(рос.относительная плотность нефти;англ.relative density of oil;нім.relative Erdöldichte f) — відношення густини нафти, визначеної при температурі 20 °C, до густини дистильованої води при температурі 4 °C.

Густина дійсна

Густина дійсна, (рос.истинная плотность;англ.real density, insitu density, inline density;нім.reall Dichte f) — характеристика речовини, яка кількісно визначається відношенням маси до об'єму у абсолютно щільному стані (без урахування пор, тріщин).

Пласти́чність  (рос. пластичность, англ. plasticity, нім. Plastizität f) — здатність матеріалу незворотно змінювати свою форму й розміри при деформації. Крім того — здатність при замішуванні з водою утворювати тісто, яке під впливом зовнішньої дії може набирати будь-якої необхідної форми без проявів тріщин та зберігати надану форму після припинення цієї дії, при сушінні та випалюванні.

Тверді тіла змінюють свою форму й розміри лише при доволі великих навантаженнях. Відсутність або незначну пластичність називають крихкістю. Пластичного деформування зазнають деталі машин і будівель, заготовки при обробці тиском (вальцювання, штампування, пресування тощо), пласти земної кори та інші об'єкти.

На кривій залежності напружень від величини деформації область пластичної деформації лежить за межами області пружних деформацій.

Пластичність кристалічних твердих тіл зумовлена механізмом ковзання дислокацій.

Характеристики пластичності

При одновісному розтягуванні пластичність матеріалу оцінюється величиною відносного рівномірного (без врахування деформації у шийці) видовження ( — початкова довжина зразка;  — довжина зразка, визначена на момент руйнування).

При розтягуванні циліндричного зразка з пластичного матеріалу руйнуванню передує втрата стійкості, при якій рівномірне видовження і зменшення поперечного перерізу змінюються утворенням так званої шийки, що проявляється на відносно невеликій ділянці зразка. Така локальна деформація оцінюється величиною відносного зменшення перерізу ( — площа початкового перерізу зразка,  — площа перерізу зразка в шийці на момент руйнування). Настання втрати стійкості матеріалу залежить від чутливості напружень пластичної течії матеріалу до швидкості деформації .

Пластичність залежить від властивостей матеріалу — від характеру міжатомних зв'язків, хімічного і фазового складу, кристалічної структури і мікроструктури, а також умов деформації — температури, величини і схеми прикладених сил (напруженого стану) та швидкості їх прикладання. Пластичність не є фізичною чи механічною константою матеріалу, а характеризує його стан.

Деформа́ція(відлат.deformatio— «спотворення») — змінарозмірівіформитвердого тілапід дією зовнішніхсил(навантажень) або якихось інших впливів (наприклад,температури, електричних чи магнітних полів).

При деформації точки твердого тіла змінюють своє положення. Точка із радіус-вектором при деформації має нове положення , тобто здійснитьпереміщення . Поле переміщень є однією з характеристик деформації, але воно незручне для математичного опису, оскільки, наприклад, при видовженні стрижня точки біля його початку зміщуються зовсім мало, а в кінці — доволі значно. Набагато важливіше те, наскільки точка тіла змістилася щодо сусідньої. Тому деформацію математично найзручніше описуватипохіднимивід переміщення, які утворюютьтензор, що отримав назвутензора деформації.

У залежності від поведінки тіла після зняття навантаження розрізняють деформації:

• пружну (або оборотну) , якщо тіло після усунення впливів, що спричинили деформацію, повністю відновлює свою початкову форму і розміри (внаслідок накопиченої потенціальної енергії);

• залишкову (або необоротну), коли після усунення прикладених сил або інших впливів тіло не відновлює свою початкову форму і розміри (робота зовнішніх сил переходить у теплоту). Залишкові деформації у свою чергу поділяються на пластичні, викликані зростанням напруження і в'язкі (повзучість), що відбуваються під навантаженням з перебігом часу.

Деформації виникають з причин різної фізичної природи. Пружні деформації однозначно пов'язані з напруженням. Прирощення пластичних деформацій також пов'язано зі зміною напруження, але неповоротно. Разом ці обидві деформації, які пов'язані зі зміною напруження, називаються "миттєвими". Температурні деформації пов'язані зі зміною температури тіла. Деформації повзучості є такими, зміна яких пов'язана з прирощенням часу. Деформації радіаційного розпухання пов'язані з отриманою матеріалом дозою радіації.

У кристалах пружна деформація проявляється в зміні відстаней між вузлами і перекосі кристалічної решітки без зміни порядку розташування атомів; і початкова конфігурація відновлюється при знятті навантаження (див. Пружність). Одним з механізмів пластичного деформування в кристалі є рух і розмноження дислокацій. При напруженні вищому за границю пружності рух дислокацій викликає безповоротну перебудову кристалічної структури, тобто деформація стає пластичною. У полікристалічному матеріалі, яким є метали, як правило, одна частина зерен деформується пружно, інша — пластично. При цьому в макромасштабі необоротна деформація може виявитися суттєво малою (і тіло вважається пружним), але її наявність проявляється в пружному гістерезисі (внаслідок розсіяння енергії, що витрачається на пластичне деформування множини зерен). Для виникнення руху і розмноження дислокацій вимагається певний час. З цим пов'язана динамічна чутливість матеріалу до появи залишкових деформацій. Якщо напруження, що перевищує границю пружності, діє короткочасно, то рух і розмноження дислокацій не встигає розвинутися то пластична деформація не виникає. Деформація повзучості пов'язана з рухом дислокацій, дифузією втілених атомів, перебудовою міжзеренних зв'язків і проявляється з плином часу.

Термічні властивості характеризують поведінку матеріалу при дії на нього теплової енергії. Вони мають практичне значення при оцінці якості матеріа­лу, що піддається в процесі експлуатації нагріванню та охолодженню.

Теплоємкість - характеризує кількість теплоти, яка необхідна для нагрі­вання матеріалу на 1°С в певному інтервалі температур.

Теплопровідність - здатність матеріалу передавати теплоту з середини, чи від однієї поверхні матеріалу до іншої, чи назовні. Залежить від хімічного складу, структури, пористості, вологості. Теплопровідність має практичне значення при виборі теплоізоляційних матеріалів, трубопроводів, багатьох будівельних матеріалів.

Термічне розширення характеризує здатність матеріалу змінювати свої розміри при збільшенні (зменшенні) температури. Враховується для вогне­стійких матеріалів, силікатних, керамічних. Поділяється на лінійне та об'ємне розширення.

Термічна стійкість - здатність матеріалу зберігати свої властивості при різких коливаннях температури. Має значення при оцінці якості вогнестійких матеріалів, скла, кераміки, надає значного впливу на їх довговічність.

Морозостійкість — здатність матеріалу в насиченому водою стані витримувати багатократне поперемінне заморожування і відтавання без видимих ​​ознак руйнування і без значного пониження міцності. Основна причина руйнування матеріалу під дією низьких температур - розширення води, що заповнює пори матеріалу, при замерзанні. Морозостійкість залежить головним чином від структури матеріалу: чим вище відносний обсяг пір, доступних для проникнення води, тим нижче морозостійкість.

7. Основні властивості матеріалів: світловий потік, колірний тон, насиченість, яскравість, білість, блиск, абсорбція, змочування, капілярність, вологість, проникність. Повітропроникність, водопроникність, водостійкість, пило проникність.

Світлови́й поті́к— кількісна характеристикавипромінювання, яке випромінюється джерелом світла. Одиниця вимірюванняСІ:люмен.

або

Світловий потік - фізична величина, що чисельно дорівнює енергії світлового потоку, який проходить через деяку поверхню за одиницю часу

Світловий потік відрізняється від потоку електромагнітної енергії тим, що враховує різну чутливість людського окадо випромінювання на різних частотах, тобто до світла різногокольору.

Відтінокаботон кольору— відносна темність або світлістькольору, незалежно від його локального кольору.

Тон кольору визначається характером розподілу випромінення в спектрівидимого світла, причому, в першу чергу, положенням піку випромінення, а не його інтенсивністю і характером розподілу випромінення в інших областях спектру.

Саме тон визначає назви кольорів: червоний, синій, зелений.

У теорії кольору насиченість— цеінтенсивністьпевноготону, тобто ступінь візуальної відмінності хроматичного кольору від рівного по світлості ахроматичного (сірого) кольору. Насичений колір можна назвати соковитим, глибоким, менш насичений — приглушеним, наближеним до сірого. Повністю ненасичений колір буде відтінком сірого. Насиченість (saturation) — одна з трьох координат в колірних просторахHSLтаHSV. Насиченість (колірна насиченість, {chroma) в колірних просторах CIE 1976 L*a*b* та L*u*v* є неформалізованою величиною, яка використовується в поданні CIE L*C*h (lightness (світлість), хрому (chroma, насиченість), hue (тон)).

У фізичному плані насиченість кольору визначається характером розподілу випромінювання в спектрі видимого світла. Найбільш насичений колір утворюється при існуванні піку випромінювання на одній довжині хвилі, в той час як більш рівномірний по спектру випромінювання буде сприйматися як менш насичений колір. В субтрактивній моделіформування кольору, наприклад при змішуванні фарб на папері, зниження насиченості буде спостерігатися при додаванні білих, сірих, чорних фарб, а також при додаванні фарбидодаткового кольору.

Яскрáвість— світлова характеристикатіл, які є джерелами світла. Відношеннясили світла, що випромінюється поверхнею в одиницютілесного кутадо площі її проекції в площині, перпендикулярній напряму спостереження. Одиниця вимірюванняСІ:ніт. Існують також інші одиниці вимірювання яскравості —кд/м²,стильб.

Розрізняють фотомеричну яскравість (англ.luminance) і яскравість, яка сприймаєтьсяокомлюдини (англ.luminous intensity).

Фотометрична яскравість визначається, як

,

де F - світловий потік, - елемент площі поверхні, - елемент тілесного кута, - кут між напрямом до спостерігача йнормаллюдо поверхні.

Для того, щоб визначити яскравість, яка сприймається окомлюдини, необхідно врахувати чутливість людського ока досвітларізногокольору(див.крива спектральної чутливості ока).

Блиск – здатність поверхні спрямовано відбивати світловий потік. Найбільш блискучими є гладеньки відполіровані поверхні, а найменш блискучі поверхні, які мають нерівності і тому більш розсіюють відбитий світловий потік.

Абсорбція(рос.абсорбция,англ.absorption,нім.Absorption f, Absorbieren f, Aufsaugen f, Einsaugen f, Aufnahme f) — вибірковепоглинанняречовини з газового чи рідкого середовища усім об'ємомтвердого тілачирідини. Наприкладрідини— твердою речовиною (чорнила— промокальнимпапером) чигазу—рідиною(аміаку— водою). Абсорбція зумовленаван-дер-ваальсовими, абоелектростатичними, силами притягання частинок адсорбованої речовини до частинокадсорбенту.

Оборотність процесу фізичної абсорбції створює сприятливі умови для послідовного проведення процесів абсорбції (поглинання речовини абсорбентом) та десорбції(вилучення з абсорбенту поглиненої речовини). Абсорбція широко застосовується в абсорбційній техніці, лежить в основі очищення, розділеннягазівта рідин тощо.

а границі дотику твердих тіл з рідинами спостерігається явище змочування, яке полягає у викривленні вільної поверхні рідини біля твердої поверхні. Поверхня рідини, викривлена на границі з твердим тілом, називається меніском. Вид змочування залежить від співвідношення сил взаємодії між молекулами поверхневих шарів поділу середовищ. Якщо сили притягання між рідиною-твердим тілом є більшими за сили притягання між молекулами рідини, то відбувається збільшення поверхні дотику і ми маємо змочування (рис. 4.24,а). У випадку, якщо сили взаємодії між молекулами рідини є більшими, ніж між молекулами твердого тіла і рідини, то відбувається зменшення поверхні дотику, рідина збирається у вигляді кульки (рис. 4.24, б), а саме явище має назву незмочування.

Явище змочування характеризується крайовим кутом між поверхнею твердого тіла та меніском в точках їх перетину (рис. 4.24). Рідина буде змочувати, якщо крайовий кут гострий . Для рідин, які не змочують тверде тіло, крайовий кут є тупим . Наприклад, вода змочує чисте скло та не змочує парафін, ртуть не змочує скло, але вона змочує чисті мідь та цинк.

Явище змочування знаходить широке застосування у виробництві, наприклад, при флотації (спливання) – методі збагачення порід, тобто відділенні гірських порід від пустої породи та домішок. Він полягає в наступному. Руду подрібнюють, отриманий порошок змішують із спеціально підібраною маслянистою рідиною та збовтують до утворення пінистої суміші. Гідрофільні (змочувані) частинки кам’яних порід (кварц, силікати) змочуються водою та осідаються на дно посудини. Частинки цінних порід, які містять метал, краще змочуються маслом, ніж водою. Масляна плівка сприяє їх налипанню до пухирців повітря, з якими ці частинки спливають на поверхню.

Якщо рідина має криву поверхню, то під цією поверхнею за рахунок сил поверхневого натягу ство-рюється додатковий тиск, який визначається формулою Лапласа (рис. 4.25):

,

де і – радіуси кривини поверхні у двох взаємно перпендикулярних перерізах поверхні рідини.

Капіля́рність(рос.капиллярность;англ.capillarity;нім.Kapilarität f) — явище зміни висоти рівня рідини вкапілярах, що пов'язане із змочуванням поверхні мікропор і капілярів рідиною. Виявляється в русі рідини по них (підняття при змочуванні, відштовхування при незмочуванні) завдяки додатковим силам під криволінійнимменіском. Висота h підняття змочувальної рідини в капілярі залежить від коефіцієнта поверхневого натягу рідини; крайового кута змочування; r — радіусу трубки; густини рідини; прискорення вільного падіння.

Рідина в капілярі піднімається або опускається на таку висоту h, при якій тиск стовпа рідини (гідростатичний тиск) зрівноважується надлишковим, капілярним тиском. Висота підняття (опускання) рідини в капілярі обернено пропорціональна його радіусу. В тонких капілярах рідина піднімається досить високо. Так, при повному змочуванні вода в капілярі діаметром 10 мкм піднімається на висоту

h = 3 м.

Вологість - міра насиченості речовини водою. Вологість визначається вмістом у матеріалі вологи, віднесеної до маси матеріалу в сухому стані.

Проникність - властивість матеріалу пропускати крізь себе гази або рідини. Проникність виражається кількістю флюїду (газу, рідини), що переходить в одиницю часу крізь одиницю поверхні зразка матеріалу певної товщини при заданому рівномірному перепаді тиску. Проникність будівельних матеріалів змінюється в широких межах; вона зростає зі збільшенням площі проникної поверхні, перепаду тиску, пористості, кількості й розміру пор, питомої кількості наскрізних пор (при незмінній загальній пористості), зі зменшенням товщини зразка матеріалу й в'язкості флюїду. Залежно від виду флюїду розрізняють газопроникність і водопроникність будівельних матеріалів.

Проникність: повітропроникність характеризує здатність пропускати через себе повітря. Оцінюють (в дм³ / м² • з) за кількістю повітря, який пройшов через 1 м² тканини протягом 1 с при постійному перепаді тиску по обидві сторони тканини, головним чином від пористості і товщини;

Водопроникність — здатність матеріалу пропускати воду під тиском. Вона характеризується кількістю води, що проходить через зразок матеріалу площею 1 см2 за 1 годину під тиском 1 МПа.

Водостійкість — це здатність матеріалу зберігати міцність при тимчасовому чи постійному зволоженні водою. Водостійкість характеризується коефіцієнтом розм'якшення, або водостійкості, який визначається відношенням міцності насиченого водою матеріалу Rн до його міцності в сухому cтані Rс: Кр=Rн/Rс.

Пилопроникність характеризує здатність пропускати дисперсні частки пилу

8. Будівельне матеріалознавство. Мета та завдання будівельного матеріалознавства. Приведіть перелік аспектів життєдіяльності людства як у відповідності до концепцій «рівномірного або сталого розвитку» Ріо-де-Жанейро 1992 конф ООН) враховується при створенні будівельних матеріалів.

Будівельне матеріалознавство вивчає зв'язки між складом структурою та властивостями будівельних матеріалів, закономірності їх змінювання під зо­внішнім впливом.

5. Метою дисципліни є вивчення особливостей структурування буді­вельних матеріалів, їх фізико-механічних, хімічних та експлуатаційних влас­тивостей, а також особливостей їх застосування у будівництві.

Курс будівельного матеріалознавства включає теоретичні основи форму­вання структури і властивостей матеріалів та технічну характеристику конк­ретних матеріалів, що застосовують у будівництві.

6. Завданням курсу є:

• прогнозування властивостей матеріалів, які використовуються в будівництві, їх поводження в конструкціях з урахуванням складу і структури;

• розробка ефективних шляхів і засобів удосконалення нових мате­ріалів із заданими структурою та властивостями.

7. В результаті вивчення дисципліни студенти повинні знати:

• основні види і властивості будівельних матеріалів;

• взаємозв'язок структури і експлуатаційних властивостей будіве­льних матеріалів.

8. Студенти повинні вміти:

• правильно використовувати будівельні матеріали з урахуванням їх властивостей і техніко-економічних характеристик, вміти ви­значати їх якість;

• розв'язувати проблемні ситуації у будівельному виробництві, які пов'язані із взаємозаміною будівельних матеріалів;

• використовувати промислові відходи для заміни та економії кон­диційних матеріалів.