- •Вступ Що вивчає фізика
- •Фізичні величини. Вимір фізичних величин
- •Спостереження і досліди - джерела фізичних знань.
- •Будова речовини
- •Розділ 1 механіка Механічний рух. Простір і час
- •Положення тіла або точки можна задати тільки відносно іншого тіла, яке називається тілом відліку.
- •Елементи кінематики
- •§1. Система відліку. Траєкторія, шлях, переміщення
- •Кінематикою називають розділ механіки, в якому рух тіл розглядається без з'ясування причин цього руху.
- •§2. Швидкість і прискорення руху
- •Прискорення
- •Приклад розв’язку задачі.
- •Рух тіл з прискоренням вільного падіння
- •§ 3. Рух по колу
- •Приклад розв’язку задачі.
- •Динаміка поступального руху
- •§4. Перший закон Ньютона. Маса. Сила
- •Динаміка - це розділ механіки, в якому вивчаються закони руху тіл і причини, які викликають, або змінюють ці рухи.
- •Взаємодія тіл. Сила.
- •Інерція. Маса тіла
- •Густина речовини
- •Перший закон Ньютона ( закон інерції)
- •§ 5. Другий закон Ньютона
- •§ 6. Третій закон Ньютона
- •§7. Сили в механіці. Закон всесвітнього тяжіння
- •Сила тяжіння.
- •Вага тіла Силу, з якою тіло внаслідок тяжіння до Землі діє на опору або підвіс, називають вагою тіла.
- •Невагомість
- •Сила тертя
- •Доцентрова сила
- •Відцентрова сила
- •Сила пружності. Закон Гука
- •§ 8. Закон збереження імпульсу
- •Тема 3 Робота і енергія
- •§ 9. Робота, енергія, потужність
- •Потужність. Одиниці потужності
- •Енергія. Закон збереження енергії.
- •Потенціальна енергія
- •Робота сили тяжіння дорівнює зміні потенціальної енергії тіла, узятій з протилежним знаком.
- •Робота сили пружності дорівнює зміні потенціальної енергії пружно деформованого тіла.
- •Закон збереження механічної енергії
- •Сума потенціальної і кінетичної енергії тіла або декількох тіл називається повною механічною енергією.
- •§ 10. Перетворення енергії і використання машин і механізмів. Коефіцієнт корисної дії
- •Розв’язок:
- •Тема 4 Динаміка обертального руху
- •§11. Рівновага тіл, які мають закріплену вісь обертання.
- •§12. Момент сили і момент інерції тіла відносно осі обертання.
- •Кінетична енергія обертального руху. Момент інерції.
- •Моменти інерції деяких тіл.
- •Теорема Штейнера.
- •§13. Основне рівняння динаміки обертального руху
- •§14. Момент імпульсу. Закон збереження моменту імпульсу
- •Розділ 2 основи молекулярної фізики і термодинаміки
- •Тема 5
- •Основні положення молекулярно-кінетичної теорії
- •§15. Дослідне підтвердження основних положень мкт Існування проміжків між частками
- •Малість розмірів часток речовини
- •Рух часток речовини
- •Дифузія
- •Взаємне притягання і відштовхування молекул
- •Швидкість руху часток і температура
- •Чим більша швидкість руху молекул тіла, тим вища його температура.
- •§16. Три стани речовини
- •§ 17. Кристалічні і аморфні тіла
- •Кристалізація аморфних тіл.
- •§ 18. Будова рідин
- •§ 19. Газоподібні тіла
- •Тема 6 Основні положення молекулярно-кінетичної теорії ідеального газу § 20. Ідеальний газ і його параметри
- •§ 21. Рівняння стану ідеального газу
- •§ 22. Газові процеси
- •§ 23. Основне рівняння мкт газів
- •§24. Температура
- •§25. Розподіл молекул за швидкостями
- •§ 26. Барометрична формула.
- •§ 27. Короткі відомості про атмосферу.
- •§ 28. Розподіл Больцмана
- •§ 29. Явища переносу
- •Середня довжина вільного пробігу і число зіткнень за секунду молекул газу.
- •Дифузія.
- •Теплопровідність
- •Внутрішнє тертя (в'язкість)
- •Тема 7 Перший закон термодинаміки
- •§ 30. Внутрішня енергія
- •§ 31. Перший закон термодинаміки Способи зміни внутрішньої енергії
- •§ 32. Теплоємність
- •§ 33. Перший закон термодинаміки для різних термодинамічних процесів
- •§ 34. Адіабатичний процес
- •Тема 8 Другий закон термодинаміки
- •§ 35. Теплові двигуни. Термодинамічні цикли. Цикл Карно
- •Двигун внутрішнього згорання
- •§ 36. Незворотність теплових процесів. Другий закон термодинаміки
- •§ 37. Статистичний зміст ентропії
- •Питання і задачі :
- •Розділ 3 електромагнетизм
- •Тема 8 Електростатика
- •§ 38. Електричний заряд. Закон Кулона
- •§ 39. Електричне поле
- •Принцип суперпозиції електричного поля.
- •§ 40. Потік вектора напруженості електричного поля. Теорема Гауса для електричного поля у вакуумі
- •Лінії напруженості електричного поля
- •§41. Робота електричного поля по переміщенню заряду. Потенціал
- •§ 42. Діелектрики і провідники в електричному полі. Поляризація діелектриків. Електроємність. Конденсатори
- •Електрична ємність
- •З'єднання конденсаторів
- •При послідовному з'єднанні конденсаторів складаються зворотні величини ємностей.
- •§43. Енергія електричного поля
- •Енергія зарядженого конденсатора дорівнює роботі зовнішніх сил, яку необхідно витратити, щоб зарядити конденсатор.
- •Тема 9 Електричний струм
- •§ 44. Сторонні сили. Електрорушійна сила. Напруга
- •§ 45. Закон Ома
- •§ 46. Послідовне і паралельне з'єднання провідників. Правила Кірхгофа
- •При послідовному з'єднанні повний опір кола дорівнює сумі опорів окремих провідників.
- •Правила Кірхгофа для розгалужених кіл
- •§ 47. Робота і потужність струму. Закону Джоуля-Ленца
- •Робота dA електричного струму I, що протікає по нерухомому провідникові з опором r, перетвориться в теплоту dQ, що виділяється в провіднику.
- •§ 48. Класична теорія електропровідності металів
- •Закон Ома
- •Закон Джоуля-Ленца.
- •Нині ведуться інтенсивні роботи по пошуку нових речовин з ще вищими значеннями Tкр.
- •Тема 10 Магнітне поле і його характеристики.
- •§49. Закон Ампера. Взаємодія паралельних струмів
- •§ 50. Закон Біо - Савара - Лапласа
- •§ 51. Теорема про циркуляцію вектора індукції магнітного поля
- •§ 52. Сила Лоренца
- •Тема 11
- •§ 53. Магнітне поле в речовині
- •Тема 12 Електромагнітна індукція
- •§ 54. Явище електромагнітної індукції. Правило Ленца
- •§ 55. Самоіндукція. Енергія магнітного поля
- •Енергія магнітного поля
- •Література
- •Тема 1
- •Національна металургійна академія України
- •49600, Г. Дніпропетровськ 5, пр. Гагаріна, 4
- •Редакційно-видавничий відділ нМетАу
§ 17. Кристалічні і аморфні тіла
Якщо помістити шматок пластиліну і шматок льоду в тепле місце, то через деякий час частина льоду розплавиться (стане рідиною), а частина - залишиться у вигляді твердого шматочка. Пластилін за той же час лише трохи розм'якшиться. Ще через деякий час увесь лід розплавиться, а пластилін - поступово "роз'їдеться" по поверхні столу, все більш і більш розм'якшуючись.
Отже, існують тіла, які при плавленні не розм'якшуються, а з твердого стану перетворюються відразу на рідину. Під час плавлення таких тіл завжди можна відокремити рідину від частини тіла, яка ще не розплавилася. Ці тіла - кристалічні. Існують також тверді тіла, які при нагріванні поступово розм'якшуються, стають усе більш текучими. Для таких тіл неможливо вказати температуру, при якій вони перетворюються на рідину (плавляться). Ці тіла називають аморфними.
Кристалічні тіла можуть бути монокристалами і полікристалами. Полікристалічні тіла складаються з багатьох зрощених між собою хаотично орієнтованих маленьких кристалів, які називаються кристалітами.
Рисунок 2.11.
На рисунку 2.11 ви бачите збільшену фотографію поверхні відшліфованої алюмінієвої пластини. Чорні лінії на ній - проміжки між окремими кристалами алюмінію. Полікристалічне тіло утворюється в результаті того, що одночасно починають утворюватися відразу безліч кристалів. Так відбувається, наприклад, при застиганні розплавленого олова, цинку і, взагалі, усіх металів. Отже, усі метали мають кристалічну або, точніше, полікристалічну будову.
Великі монокристали рідко зустрічаються в природі. Найчастіше кристалічні тверді тіла, у тому числі і ті, які виготовляють штучно, являються полікристалами.
Теоретично доведено, що усього може існувати 230 різних просторових кристалічних структур. Більшість з них (але не всі) виявлені в природі або створені штучно.
Кристалічні грати металів часто мають форму шестигранної призми (цинк, магній), гранецентрованого куба (мідь, золото) або об'ємноцентрованого куба (залізо).
Структури кристалічних грат експериментально вивчаються за допомогою дифракції рентгенівського випромінювання на монокристалах або полікристалічних зразках, або за допомогою електронного мікроскопа.
На рисунку 2.12 наведені приклади простих кристалічних грат. Слід пам'ятати, що частки в кристалах щільно упаковані, так що відстань між їх центрами приблизно рівна розміру часток. У зображенні кристалічних грат вказується тільки положення центрів часток.
Рисунок 2.12.
Прості кристалічні грати: 1 - прості кубічні грати; 2 - гранецентровані кубічні грати; 3 - об’ємноцентровані кубічні грати; 4 - гексагональні грати.
У простих кубічних гратах частки розташовуються у вершинах куба. У гранецентрованих гратах частки розташовуються не лише у вершинах куба, але і в центрах кожної його грані. У об'ємноцентрованих кубічних гратах додаткова частка розташовується в центрі кожного елементарного кубічного осередку.
Рух часток кристалів. У молекулярно-кінетичній теорії вважається, що частки кристалічних твердих тіл безперервно коливаються біля положень рівноваги. Розмах коливань часток невеликий в порівнянні з розмірами самих часток, тому на фотографіях їх відхилення непомітні. У моделі "кристалічна грата" положення рівноваги часток відмічені вузлами.
Рисунок 2.13.
Коливальний рух часток кристалів - основний їх рух. Проте частки можуть іноді перескакувати з місця на місце. Цьому сприяє той факт, що в кристалах є дефекти. Наприклад, в порожнє місце в ряду - "дірку" - може перескочити частка з сусіднього ряду (рисунок 2.13). В результаті утворюється нова "дірка". У неї може перескочити частка іншого ряду і так далі. Саме завдяки дефектам кристалічної будови тверді тіла здатні дифундувати один в одного.
Будова аморфних тіл. Дослідження за допомогою електронного мікроскопа, а також за допомогою рентгенівських променів свідчать, що в аморфних тілах не спостерігається строгого порядку в розташуванні їх часток. На рисунку 2.14 зображено розташування часток в кристалічному кварці, а на рисунку 2.15 - в аморфному. Ці речовини складаються з одних і тих же часток - молекул оксиду кремнію SiO2.
Кристалічний стан кварцу виходить, якщо розплавлений кварц охолоджувати повільно. Якщо ж охолодження розплаву буде швидким, то молекули не встигнуть "вишикуватися" в стрункі лави, і вийде аморфний кварц.
Частки аморфних тіл безперервно і безладно коливаються. Вони частіше, ніж частки кристалів можуть перескакувати з місця на місце. Цьому сприяє і те, що частки аморфних тіл розташовані неоднаково щільно: між ними є порожнечі.
Рисунок 2.14. Рисунок 2.15.
Характерною особливістю аморфних тіл є їх ізотропність, тобто незалежність усіх фізичних властивостей (механічних, оптичних і так далі) від напряму. По своїй структурі аморфні тіла дуже близькі до рідин. Прикладами аморфних тіл можуть служити скло, різні затверділі смоли (бурштин), пластики і т. д. Якщо аморфне тіло нагрівати, то воно поступово розм'якшується, і перехід в рідкий стан займає значний інтервал температур.