Otázka: Struktura a vlastnosti pevných látek
Předmět: Fyzika
Přidal(a): anonymus
Pevné látky zachovávají svůj tvar a objem a lze je změnit pouze velkým silovým působením.
Krystalické látky
- pravidelné vnitřní uspořádání částic;
- rozložení částic se periodicky opakuje v celém krystalu nebo v části krystalu o rozměrech větších než 10 μm (dalekodosahové uspořádání)
a) monokrystaly
- rozložení částic se periodicky opakuje v celém krystalu, celý monokrystal má pravidelný geometrický tvar
- často se projevuje anizotropie – fyzikální vlastnosti látky závisí na směru vzhledem ke stavbě krystalu; např. slída se v jednom směru snadno rozdělí na plátky, ale ve směru kolmém je dělitelnost velmi obtížná
b) polykrystaly
- skládají se z velkého počtu drobných krystalků – zrn (rozměry od 10 μm po několik mm), částice uvnitř mají opakující se strukturu, ale zrna jsou uspořádány nahodile, vzájemná poloha je nahodilá
- izotropie – fyzikální vlastnosti látky jsou ve všech směrech stejné, např. kovy.
Amorfní látky
- pravidelné uspořádání částic je omezeno na vzdálenost méně než 10–8 m, krátkodosahové uspořádání, např. sklo, pryskyřice, vosk, asfalt, mnohé plasty
Ideální krystalová mřížka
- = model uspořádání částic v krystalu, základem je elementární buňka ( rovnoběžnostěn), nejjednodušší případ – kubická buňka
základní buňka:
prostá (primitivní) – částice ve vrcholech krychle
- počet částic na jednu buňku:
- ve vrcholu se setkává 8 krychlí – krychli přísluší 1/8 částice
- 8 vrcholů – 8. 1/8 = 1částice na buňku
plošně centrovaná – částice ve vrcholech krychle a středech stěn
- počet částic na jednu buňku:
- 8 vrcholů – 8. 1/8
- stěnou se dotýkají dvě krychle – krychli přísluší 1/2 částice
- 6 stěn – 6 . 1/2
- 1/8 + 6 . 1/2 = 4 částice na buňku
prostorově centrovaná – částice ve vrcholech krychle a středu krychle
- počet částic na jednu buňku
- 8 vrcholů 8. 1/8 = 1částice na buňku
- 1 částice přísluší pouze jedné krychli
- 1/8 + 1 = 2 částice na buňku
- Délka hrany základní buňky = mřížkový parametr a (mřížková konstanta)
Poruchy krystalové mřížky
- Každý reálný krystal má ve struktuře poruchy – defekty
- Bodové poruchy – porucha je vyvolána změnou v umístění jedné částice
- a) vakance – v mřížce je jedno místo nezaplněno
- b) intersticiální poloha částice – částice leží mimo pravidelný bod mřížky; tato porucha může doprovázet vakanci, kdy se částice uvolní z mřížky a unikne na jiné místo
- c)příměsi – v krystalové mřížce jsou jiné atomy než atomy prvků, které tvoří danou látku.
- Cizí atom může být v mřížce nebo v intersticiální poloze
Čárové poruchy ( dislokace) – porucha je vyvolána změnou podél řady částic – zlomy, chybějící řady
Deformace pevného tělesa
- změna rozměrů, tvaru nebo objemu tělesa způsobená vnějšími silami
Druhy deformace:
- pružná (elastická) – když síly přestanou působit, těleso se vrátí do původního tvaru
- 2.tvárná (plastická) – když síly přestanou působit, těleso zůstane v novém tvaru.
- Způsoby (druhy) deformace
- tahem – dvě síly působí ven z tělesa, př. lano výtahu
- tlakem – dvě síly působí dovnitř tělesa, př. nosné pilíře
- ohybem – u tyče podepřené na koncích, když na ni působí síla kolmá k podélné
- smykem – na horní a na dolní podstavu tělesa působí tečné síly, které způsobují vzájemné posunutí jednotlivých vrstev tělesa, přitom vzdálenost vrstev se nemění
- kroucením (krutem) – na koncích tyče působí dvojice sil tak, že momenty působí proti sobě
Normálové napětí
- Je-li pevné těleso deformováno tahem silami o velikosti F, vyvolává struktura tělesa v rovnovážném stavu stejně velké síly pružnosti Fp, které působí proti deformujícím silám.
- normálové napětí σn – charakterizuje schopnost tělesa vracet se do původního stavu
- Fp – síla pružnosti působící kolmo na plochu příčného řezu tělesa o obsahu S
- [σn] = Pa
- v rovnovážném stavu: Fp = F
- významné hodnoty normálového napětí materiálů:
- mez pružnosti σE – největší hodnota normálového napětí, kdy je deformace ještě pružná, po překroční je těleso trvale deformováno.
- mez pevnosti σp – po překročení této hodnoty normálového napětí dojde k porušení materiálu – přetrhne se, rozdrtí se
- Mezi mechanické vlastnosti pevných látek patří především pevnost a křehkost.
Hookův zákon
- Když na těleso začneme působit silou, prodlouží se.
- l1 – původní délka
- l – nová délka
- Δl – prodloužení
- l = l1 + Δl
- relativní prodloužení ε – je to prodloužení tělesa o původní délce 1 m.
Hookův zákon:
- Normálové napětí je přímo úměrné relativnímu prodloužení.
- E- modul pružnosti = normálové napětí, které by v předmětu bylo, když by se prodloužilo o svoji délku (ε = 1)
- [E] = Pa
Teplotní roztažnost pevných látek
- změna rozměrů tělesa při změně teploty tělesa
a) délková roztažnost – u těles, kde jeden rozměr výrazně převyšuje ostatní (tyče, lana)
- obr.
- prodloužení tyče je přímo úměrné počáteční délce a přírůstku teploty: Δl = l1 . α . Δt
- pak nová délka tyče l = l1 . [ 1 + α . ( t – t1) ]
- t1 – původní teplota
- t – nová teplota
- α – teplotní součinitel délkové roztažnosti
- [α] = K-1
- např.
- prodlužování a zkracování drátů, kolejnic během roku
- bimetalové pásky
- konstrukce mostů
b) objemová roztažnost
- změna objemu: ΔV = V1 . β . Δt
- nový objem: V =V 1 . [ 1 + β . ( t – t1) ]
- β – teplotní součinitel objemové roztažnosti β≅3α
- [β] = K-1.