6

16. Кристали - це тверді тіла, атоми або молекули яких займають певні, впорядковані положення в просторі.

Головне - це залежність фізичних властивостей від вибраного в кристалі напряму.Залежність фізичних властивостей від напряму усередині кристала називають анізотропією. Всі кристалічні тіла анізотропні. Кристалічну структуру мають метали.

У аморфних тіл немає строгого порядку в розташуванні атомів. Тільки найближчі атоми - сусіди располагаются в деякому порядку. Але строгою направленості по всім напрямкам одного і того ж елементу структури, яка характерна для кристалів в аморфних тілах, немає.

Властивості аморфних тіл Всі аморфні тіла ізотропні, тобто їх фізичні властивості однакові по всіх напрямах. До аморфних тіл відносяться скло, смола, каніфоль, цукровий льодяник і ін. При зовнішніх діях аморфні тіла виявляють одночасно пружні властивості, подібно до твердих тіл, і текучість, подібно рідині

17. Рідки́й криста́л  (рос. жидкие кристаллы, англ. liquid crystals, нім. flüssige Kristalle m pl) — специфічний стан термодинамічної системи^{[Джерело?]}, якому властиві риси як рідини (текучість), так і кристалу (анізотропія властивостей).

Рідкий кристал - проміжна фаза (мезофаза) між ізотропною рідиною і кристалічним твердим тілом. Рідкі кристали це флюїди, молекули яких певним чином впорядковані, тобто існує певна симетрія. Як наслідок, існує анізотропія механічних, електричних, магнітних та оптичних властивостей речовин цього класу. Поєднуючи властивості рідин та твердих тіл (текучість, анізотропія), рідкі кристали проявляють специфічні ефекти, багато з яких не спостерігаються у рідинах та твердих тілах. Зокрема, в рідких кристалах спостерігається подвійне променезаломлення, флексоелектричний ефект, перехід Фредерікса.

18. Полімер (рос. полимеры, англ. polymers, нім. Polymere n pl, Polymerisate n pl) — природні та штучні сполуки, молекули яких складаються з великого числа повторюваних однакових або різних за будовою атомних груповань, з'єднаних між собою хімічними або координаційними зв'язками в довгі лінійні або розгалужені ланцюги. Структурні одиниці, з яких складаються полімери називаються мономерами.

Полімери здебільшого аморфні речовини. Довгі ланцюжки та велика молекулярна маса не дозволяють полімерам переходити до рідкого стану (швидше наступає хімічний розпад). Проте при підвищенні темпратури з полімерами відбуваються зміни — вони розм'якають і стають дуже пластичними. Температура переходу від крихкого стану до пластичного називається термературою склування. Температура склування не є чітко визначеною температурою фазового переходу, а радше вказує на температурний діапазон, у якому відбуваються зміни. При низьких температурах полімери є досить крихкими матеріалами.

Здебільшого використовуються механічні властивості полімерів. При темературі вищій за температуру склування їх неважко пресувати в довільну форму, при застиганні вони зберігають форму й можуть слугувати для інкапсуляції та інших цілей. Проте спряжені полімери дедалі частіше використовуються як органічні напівпровідники.

Полімерні матеріали мають комплекс характеристик, які при умілому їхньому використанні забезпечують ефективні експлуатаційні властивості виробів та рентабельність їхнього виробництва. До основних переваг полімерів відносять:

• висока технологічність, завдяки якій з виробничого циклу можна вилучити трудомісткі та коштовні операції механічної обробки виробів;

• мінімальна енергомісткість обумовлена тим, що температура переробки цих матеріалів складає, як правило, 150 — 250 °C, що значно ниже ніж у металів та кераміки;

• можливість отримання за один цикл формування відразу декілька виробів, у тому числі складної конфігурації, а при виробництві погонажних виробів вести процес на великих швидкостях;

• практично всі процеси переробки автоматизовані.

У наслідок перелічених особливостей полімери отримали виключно широке розповсюдження та ефективно використовуються практично в усіх галузях світового господарства.

Основними виробниками полімерів є США, Японія, Німеччина, Корея, Китай.

Близько 90 % усього виробництва полімерних матеріалів приходиться на декілька різновидів великотоннажних полімерів. Випуск поліолефінів, поліетилену низької та високої щільності (ПЕНЩ та ПЕВЩ) та поліпропілену (ПП), складає від 35 до 45 % загальної кількості об'єму виробництва, від 11 до 20 % — частка полівінілхлориду (ПВХ), 9- 13 % припадає на полістирольні полімери, від 2 до 7 % — на поліаміди. До 4 % характеризується частка епоксидних смол, ненасичених поліефірів, поліетилентерефталата (ПЕТФ), полікарбонату (ПК), поліацеталей.

У гірничій справі і дотичних галузях полімерні реаґенти застосовують при флокуляції, збагаченні корисних копалин, заводненні родовищ нафти, підготовці бурових розчинів, спеціальних тверднучих речовин в'яжучих матеріалів тощо.

19. рівняння теплового балансу, воно виражаю закон збереження енергії у процесах теплообміну.

Для n тіл, що знаходяться в тепловому контакті :

Q 1 + Q2 + … Q n = 0

(Q >0 для тіл, що одержують тепло, Q< 0 для тіл, що віддають тепло.)

20. Усі процеси в природі необоротні. Напрям можливих енергетичних перетворень вказує другий закон термодинаміки. Він підтверджує необоротність процесів в природі і був сформульований на основі дослідних фактів Клаузіусом: неможливо перевести теплоту від більш холодної системи до більш гарячої, якщо не відбувається інших одночасних змін в обох системах або тілах, які їх оточують.

21. Більша частина двигунів на землі - теплові двигуни, тобто пристрої, які перетворюють внутрішню енергію палива в механічну енергію. Для того, щоб двигун виконував роботу, необхідна різниця тисків по два боки поршня двигуна або лопатей турбіни. Незважаючи на велику різноманітність видів теплових двигунів, усі вони мають загальний принцип дії. У роботі двигунів можна виділити такі загальні ознаки:

1) у будь-якому тепловому двигуні відбувається перетворення енергії палива в механічну енергію;

2) для роботи теплового двигуна потрібні нагрівник, холодильник і робоче тіло. У процесі роботи теплового двигуна робоче тіло забирає від нагрівника певну кількість теплоти Q₁ і перетворює частину цієї теплоти в механічну енергію, а неперетворену частину теплоти Q₂ передає холодильнику. За законом перетворення і збереження енергії Q₁ = Q₂ +  A;

3) робота будь-якого теплового двигуна полягає у повторюванні циклів зміни стану робочого тіла.

Існують також холодильні машини, які працюють за зворотним циклом – їх призначення забирати тепло Q₂ у робочого тіла та, виконавши роботу A над робочим тілом, віддавати частину тепла зовнішньому середовищу. Тому холодильний коефіцієнт зворотного циклу

22. Електри́чне по́ле — це складова частина електромагнітного поля, яка описує взаємодію між нерухомими зарядами.

Кількісними характеристиками електричного поля є вектор напруженості електричного поля й вектор електричної індукції .

У випадку, коли електричне поле не змінюється з часом, його називають електростатичним полем.

Напру́женість електри́чного по́ля — це векторна фізична величина, яка дорівнює силі, яка діє у данній точці простору у данний момент часу на пробний одиничний електричний заряд у електричному полі.

де  — сила, q — електричний заряд, — напруженість електричного поля.

В системі СІ вимірюється у В/м, на практиці здебільшого у В/см.

У електростатиці електростатичний потенціал визначається згідно із співвідношенням

,

де - напруженість електричного поля.

Електростатичний потенціал визначений із точністю до довільної сталої. На практиці найчастіше за початок відліку служать потенціал заряду на нескінченості, або потенціал землі.

23. При статической электризации во время технологических про¬цессов, сопровождающихся трением, размельчением твердых ча¬стиц, пересыпанием сыпучих тел, переливанием жидкостей-ди¬электриков на изолированных от земли металлических частях производственного оборудования возникает относительно земли электрическое напряжение порядка десятков киловольт. Так, при движении резиновой ленты транспортера и в устройствах ременной передачи на ленте (ремне) и на роликах (шкивах) возникают электростатические заряды противоположных знаков большей величины, а потенциалы их: достигают 45 кВ. Основную роль при этом играют влажность и давление воздуха и состояние поверхностей лент (ремней) и роликов (шкивов), а также скорость относительного движения (пробуксовки). Аналогично происходит электризация: и при сматывании тканей, бумаги, пленки и. др. При относительной влажности воздуха 85% и более электростатических зарядов обычно не возникает. В аэрозолях электрические заряды образуются от трения ча¬стиц пыли друг о друга и о воздух. Причинами электризации пыли могут быть непосредственная адсорбция заряда из окружающего воздуха вместе с адсорбируемым газом. Потенциалы заряженных частиц пыли могут дости¬гать значений: до 10 кВ в зависимости от концентрации пыли в воздухе, размера и скорости движения частиц пыли и относи¬тельной влажности воздуха. Применяемое на электроподстанциях минеральное (трансформаторное) масло в процессе его переливания (например, слив из цистерны в бак) также подвергается электризации. В случае, если металлическая емкость или автоцистерна не заземлены, то в про¬цессе налива они окажутся электрически заряженными. Электрические заряды на частях производственного оборудо¬вания могут взаимно нейтрализоваться при некоторой электро¬проводности влажного воздуха, а также стекать в землю по по¬верхности оборудования. Но в отдельных случаях; когда электростатические заряды велики, а влажность воздуха незначительна, может возникнуть быстрый искровой разряд между частями оборудования или разряд на землю.

24. Електроруші́йна си́ла  кількісна міра роботи сторонніх сил із переміщення заряду, характеристика джерела струму.

Позначається здебільшого літерою , вимірюється в системі СІ у Вольтах. Зазвичай електрорушійна сила скорочується в текстах до е.р.с.

Електрорушійна сила ділянки кола дорівнює енергії, яку отримує одиничний заряд, пройшовши цю ділянку кола.

Для замкненого кола

,

де  — стороння сила.

В повному колі окрім опору навантаження є ще джерело джерело живлення, яке має свій власний внутрішній опір. Сила струму в ньому визначається формулою

де - електрорушійна сила, R - опір навантаження, r -внутрішній опір джерела струму.

25.

Напівпровідни́к — матеріал, електропровідність якого має проміжне значення між провідностями провідника та діелектрика.

Електропровідність — здатність речовини проводити електричний струм.

Електропровідність виникає в електричному полі.

Характерна риса напівпровідників — зростання електропровідності зі зростанням температури; при низьких температурах електропровідність мала. При температурі близькій до абсолютного нуля напівпровідники мають властивості ізоляторів. Кремній, наприклад, при низькій температурі погано проводить електричний струм, але під впливом світла, тепла чи напруги електропровідність зростає.

3. Розрізняють власну і домішкову провідність напівпровідників.

Якщо напівпровідник нагріти або опромінити, то електрони почнуть відриватись від своїх атомів, а на їх місці виникне дірка (фактично позитивний іон), якій приписують позитивний заряд. Таким чином в напівпровіднику відбувається генерація (утворення) пар зарядів “електрон – дірка”, яких є однакова кількість.

Провідність, створена власними носіями заряду, називається власною. Якщо електрон попадає в дірку, то відбувається рекомбінація, тобто зникнення пари зарядів.

мал. 21.2

Якщо в напівпровідник германій добавити елемент V групи таблиці Мєндєлєєва миш’як, то чотирма своїми електронами він зв’яжеться з чотирма атомами германію, а п’ятий електрон лишившись без зв’язку відірветься і стане вільним. Тобто носіями заряду будуть негативні вільні електрони. Такий напівпровідник називається п-типу (від слова негатив), а домішки – донорними.

Якщо в напівпровідник германій добавити елемент ІІІ групи, наприклад індій, то трьома своїми електронами він зв’язується з трьома атомами германію, а для зв’язку з четвертим атомом позичає електрон у якогось атома германія. На тому місці лишається позитивна дірка.

Такий напівпровідник називається р-типу (від слова позитив), а домішки акцепторними.

Провідність створена зарядами домішок називається домішковою.

мал. 21.3; 21.4.

26. Магні́тне по́ле — особлива форма матерії, за допомогою якої здійснюється взаємодія між рухомими електрично зарядженими частинками.

Магнітне поле - складова електромагнітного поля, яка створюється змінним у часі електричним полем, рухомими електричними зарядами або спінами заряджених частинок. Магнітне поле спричиняє силову дію на рухомі електричні заряди. Нерухомі електричні заряди з магнітним полем не взаємодіють, але елементарні частинки з ненульовим спіном, які мають власний магнітний момент, є джерелом магнітного поля і магнітне поле спричиняє на них силову дію, навіть якщо вони перебувають у стані спокою.

Магнітне поле утворюється, наприклад, у просторі довкола провідника, по якому тече струм або довкола постійного магніту.

Закон Ампера — закон взаимодействия постоянных токов. Установлен Андре Мари Ампером в 1820. Из закона Ампера следует, что параллельные проводники с токами, текущими в одном направлении, притягиваются, а в противоположном — отталкиваются. Законом Ампера называется также закон, определяющий силу, с которой магнитное поле действует на малый отрезок проводника с током.

Сила , с которой магнитное поле действует на элемент проводника с током, находящегося в магнитном поле, прямо пропорциональна силе тока I в проводнике и векторному произведению элемента длины проводника на магнитную индукцию :

27. Електромагнітна індукція — виникнення електрорушійної сили у провіднику, що перебуває у змінному магнітному полі.

Явище електромагнітої індукції відкрив у 1831 році Майкл Фарадей. До того було відомо, що електричний струм у провіднику створює магнітне поле. Однак оберненого явища не спостерігалося. Постійне магнітне поле не створює електричного струму. Фарадей встановив, що струм виникає при зміні магнітного поля. Якщо підносити й віддаляти до рамки з провідного матеріалу постійний магніт, то стрілка підключеного до рамки вольтметра відхилятиметься, детектуючи електричний струм. Ще краще це явище проявляється, якщо вставляти (виймати) магнітне осердя в котушку з намотаним провідником.

Фарадей становив кількісний закон електромагнітної індукуції, описавши його рівнянням:

де

— електрорушійна сила (ЕРС), яка виникає в котушці, що перебуває у змінному магнтіному полі, у вольтах

N — кількість витків у котушці

Φ — магнітний потік у веберах

Якщо в провіднику виникає електрорушійна сила, то відповідно, індукований в ньому струм буде визначатися за законом Ома формулою

де R - опір провідника. Такий струм називається індукційним струмом.

Закони Фарадея (рос. законы Фарадея; англ. Faraday's laws of electrolysis; нім. Faradaysches Gesetze n pl – основні закони електролізу. Встановлюють взаємозв’язок між кількістю електрики, яка проходить через електропровідний розчин (електроліт), і кількістю речовини, яка виділяється на електродах.

Перший закон: маса m речовини, яка виділилась на електроді під час проходження електричного струму, прямо пропорційна значенню q електричного заряду, пропущеного через електроліт,

де k – електрохімічний еквівалент речовини.

Другий закон: електрохімічні еквіваленти елементів прямо пропорційні їх хімічним еквівалентам.

де A - атомна маса речовини, ν - заряд її йона, F - число Фарадея. Частка A/ν називається хімічним

еквівалентом.