Struktura a vlastnosti pevných látek – maturitní otázka


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
  • n] = 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.
💾 Stáhnout materiál   ✖ Nahlásit chybu
error: Stahujte 15 000 materiálů v naší online akademii 🎓.