Тверде тіло

Відео презентація. 10 клас. тверді тіла

Файл: Glass 1.jpg Тверде тіло - агрегатний стан речовини, що характеризується стабільністю форми на відміну від інших агрегатних станів рідини і газу. Атоми твердих тіл більшість часу проводять в оточенні певних положень рівноваги, здійснюючи незначні теплові коливання.
За типом упорядкування атомів розрізняють кристалічні і аморфні тверді тіла. Кристали характеризуються наявністю просторової періодичності в розташуванні рівноважних положень атомів, тобто наявністю кристалічної решітки. Атоми аморфних твердих тіл коливаються поблизу неупорядоченно розташованих точок.
За типом зв`язку між атомами розрізняють тверді тіла з ковалентним, іонним, металічним зв`язками і т.д.
Електричні, магнітні та деякі інші властивості твердих тіл визначаються головним чином характером руху валентних електронів його атомів. У зв`язку з цим тверді тіла поділяються за електричними властивостями на діелектрики, напівпровідники, метали, сегнетоелектрікі- по магнітним - на діамагнетіков, парамагнетики, феромагнетики, антиферомагнетики.
Тверді тіла вивчають окрема область фізики - фізика твердого тіла, хімії - хімія твердого тіла, матеріалознавство.
У механіці абсолютно тверде тіло - ідеалізований об`єкт, під яким розуміють тіло з постійними відстанями між його точками.
При підвищенні температури тверді тіла переходять в рідкий або газоподібний стан. Перехід твердого тіла в рідину називається плавленням, а перехід в газоподібний стан, минаючи рідкий, - сублімацією. перехід до твердого тіла (при зниженні температури) - кристалізація, до аморфної фази - стеклования.
Існують також фазові переходи між твердотільними фазами, при яких змінюється внутрішня структура твердих тіл, стаючи упорядкований при зниженні температури.
Під фізичними властивостями твердих тіл розуміється їх специфічну поведінку при впливі певних сил і полів. Існує три основних способи впливу на тверді тіла, що відповідають трьом основним видам енергії: механічний, термічний і електромагнітний. Відповідно виділяють три основних групи фізичних властивостей.


Механічні властивості пов`язують механічні напруги і деформації тіла, які згідно з результатами широких досліджень механічних і реологічних властивостей твердих тіл, виконаних школою академіка П. А. Ребіндера, можна розділити на пружні, міцнісні, реологічні і технологічні. Крім того, при впливі на тверді тіла рідин або газів виявляються їх гідравлічні і газодинамічні властивості.
До термічним відносять властивості, які виявляються під впливом теплових полів. До електромагнітних властивостей умовно можна віднести радіаційні, які проявляються при впливі на тверде тіло потоків мікрочастинок або електромагнітних хвиль значної жорсткості (рентгенівських, гамма-промені).
Механічні властивості
Всього зберігаючи форму, тверді тіла деформуються під впливом зовнішніх сил. Залежно від величини прикладеної сили деформація може бути пружною, пластичної або руйнівною. При пружною деформації тіло повертає собі первісну форму після зняття прикладених сил. Відгук твердого тіла на прикладене зусилля описується модулями пружності. Відмінною особливістю твердого тіла в порівнянні з рідинами і газами є те, що воно чинить опір то тільки розтягування і стиснення, а також зміщення, згину і кручення.
При пластичної деформації початкова форма не зберігається. Характер деформації залежить від часу, протягом якого діє зовнішня сила. Тверде тіло може деформуватися пружно при коротокочасній дії, але пластично, якщо зовнішні сили діють тривалий час. Така поведінка називається ползучестью. Однією з характеристик деформації є твердість тіла - здатність чинити опір проникненню в нього інших тіл.
Кожне тверде тіло має властивий йому поріг деформації, після якої настає руйнування. Властивість твердого тіла чинити опір руйнуванню характеризується міцністю. При руйнуванні в твердому тілі з`являються і поширюються тріщини, які згодом призводять до розлому.
До механічних властивостей твердого тіла належить також його здатність проводітіти звук, який є хвилею переносить локальну деформацію з одного місця в інше. На відміну від рідин і газів в твердому тілі можуть поширюватися не тільки поздовжні звукові хвилі, але і поперечні, що пов`язано з опором твердого тіла деформації зсуву. Швидкість звуку в твердих тілах цілому вище, ніж в газах, зокрема в повітрі, оскільки міжатомної взаємодії набагато сильніше. Швидкість звуку в кристалічних твердих тілах характеризується анізотропією, тобто Залежно від напрямку поширення.
теплові властивості


Найважливішою теплової властивістю твердого тіла є температура плавлення - температура, при якій відбувається перехід в рідкий стан. Іншою важливою характеристикою плавлення є прихована теплота плавлення. На відміну від кристалів, в аморфних твердих тіл перехід до рідкого стану з підвищенням температури відбувається поступово. Його характеризують температурою склування - температурою, вище якої матеріал майже повністю втрачає пружність і стає дуже пластичним.
Зміна температури викликає деформацію твердого тіла, в основному підвищення температури призводить до розширення. Кількісна вона характеризується коефіцієнтом теплового розширення. Теплоємність твердого тіла залежить від температури, особливо при низьких температурах, проте в області кімнатних температур і вище, багато твердих тіла мають приблизно постійну теплоємність (закон Дюлонга-Пті). Перехід до стійкої залежності теплоємності від температури відбувається при характерною для кожного матеріалу температурі Дебая. Від температури залежать також інші характеристики твердотільних матеріалів, зокрема механічні: пластичність, текучість, міцність, твердість.
Електричні і магнітні властивості
Залежно від величини питомого опору тверді тіла поділяються на провідники і діелектрики, проміжне положення між якими займають напівпровідники. Напівпровідники мають малу електропровідність, однак для них характерно її зростання з температурою. Електричні властивості твердих тіл пов`язані з їх електронною структурою. Для діелектриків властива щілину в енергетичному спектрі електронів, яку в разі кристалічних твердих тіл називають забороненою зоною. Це область значень енергії, електрони в твердому тілі не можуть мати. У діелектриків всі електронні стану, нижче щілини заповнені, і завдяки принципу Паулі електрони не можуть переходити з одного стану в інший, ніж обумовлена відсутність провідності. Провідність напівпровідників дуже сильно залежить від домішок - акцепторів і донорів.
Існує певний клас твердих тіл, для яких характерна іонна провідність. Ці матеріали називають суперіоніками. В основному це іонні кристали, в яких іони одного сорту можуть досить вільно рухатися між непорушною гратами іонів іншого сорту.
При низьких температурах для деяких твердих тіл властива надпровідність - здатність проводити електричний струм без опору.
Існує клас твердих тіл, які можуть мати спонтанну поляризацію - піроелектрик. Якщо ця властивість характерна тільки для однієї з фаз, існуюча в певному проміжку температур, то такі матеріали називаються сегнетоелектриками. Для пьезоелектріков характерний сильний зв`язок між поляризацією і механічною деформацією.
Феромагнетика властиво існування спонтанного магнітного моменту.
Оптичні властивості твердих тіл дуже різноманітні. Метали основному мають високий коефіцієнт відбиття світла у видимій області спектра, багато діелектриків прозорі, як, наприклад, скло. Часто колір того або іншого твердого тіла обумовлений погінанням світла домішками. Для напівпровідників і діелектриків характерна фотопровідність - збільшення електропровідності при освітленні.

Увага, тільки СЬОГОДНІ!