2. ПЛАН
1. Будова твердих тіл та рідин згідно МКТ
2. Деформація
3. Закон Гука
4. Плавлення
5. Кристалізація
6. Випаровування
7. Сублімація
8. Поверхневий натяг
3. Будова твердих тіл та рідин згідно МКТ
Тверде тіло — агрегатний стан речовини, що
характеризується стабільністю форми на відміну від
інших агрегатних станів рідини та газу. Атоми
твердих тіл більшість часу проводять в околі певних
рівноважних положень, здійснюючи тільки незначні
теплові коливання.
За типом упорядкування атомів розрізняють
кристалічні і аморфні тверді тіла. Кристали
характеризуються наявністю просторової
періодичності в розміщенні рівноважних положень
коливань атомів, тобто наявністю кристалічної гратки.
Атоми аморфних твердих тіл коливаються поблизу
невпорядковано розміщених точок.
4.
За типом зв’язку між атомами розрізняють тверді тіла
з ковалентним, іонним, металічним зв’язками тощо.
Електричні, магнітні і деякі інші властивості твердих
тіл визначаються переважно характером руху
валентних електронів його атомів. У зв’язку з цим
тверді тіла поділяються за електричними
властивостями на діелектрики, напівпровідники,
метали, сегнетоелектрики; за магнітними — на
діамагнетики, 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
віддалями між його точками.
5.
Рідина — один з основних агрегатних станів
речовини поряд із газом та твердим тілом. Від газу
рідина відрізняється тим, що зберігає свій об'єм, а від
твердого тіла тим, що не зберігає форму.Рух рідин та
тіл в рідинах вивчає розділ фізики гідродинаміка,
будову та фізичні властивості рідин - фізика рідин,
складова частина молекулярної фізики.
У рідині молекули здебільшого зберігають свою
цілісність, хоча чимало рідин є розчинниками, в яких
молекули до певної міри дисоціюють. При дисоціації
в рідинах утворюються позитивно й негативно
заряджені йони.Такі рідини проводять електричний
струм. З мікроскопічної точки зору рідини
відрізняються від твердих тіл відсутністю далекого
порядку,
а від газів — ближнім порядком.
6.
Це означає, що атоми й молекули рідин здебільшого
перебувають щодо своїх сусідів у тих же положеннях,
що й у твердому стані, однак цей порядок
зберігається для наступного шару сусідів гірше, а
надалі зовсім зникає. Ближній порядок у рідинах
характеризують радіальною кореляційною функцією.
7. Деформація
Деформація – зміна розмірів і форми твердого тіла
під дією зовнішніх сил (навантажень) або якихось
інших впливів (наприклад, температури, електричних
чи магнітних полів). У залежності від поведінки тіла
після зняття навантаження розрізняють деформації:
пружну (або оборотну) , якщо тіло після усунення
впливів, що спричинили деформацію, повністю
відновлює свою початкову форму і розміри
(внаслідок накопиченої потенціальної енергії);
залишкову (або необоротну), коли після усунення
прикладених сил або інших впливів тіло не відновлює
свою початкову форму і розміри (робота зовнішніх
сил переходить у теплоту). Залишкові деформації у
свою чергу поділяються на пластичні, викликані
зростанням напруження і в'язкі (повзучість), що
відбуваються під навантаженням з перебігом часу.
8. Закон Гука
Закон Гука стверджує, що при малих деформаціях
напруження прямо пропорційне відносному
видовженню. Закон Гука встановлює лінійну
залежність між деформацією й механічними
напруженнями. Закон Гука справедливий для малих
пружних деформацій.
У своїй найпростішій формі закон Гука записується
для деформації довгого тонкого стрижня або пружини
F = − kx, де F — сила, k — коефіцієнт жорсткості, х —
видовження.
Ця формула не враховує зміни поперечних розмірів
стрижня при розтягу. Крім того коефіцієнт
жорсткості — це властивість стрижня, а не
властивість матеріалу, з якого він виготовлений.
9.
Запис закону Гука через напруження і відносні
деформації дає можливість виключити вплив
конструктивних особливостей стрижня на вид
залежності між силовим параметром і деформацією.
Для випадку лінійного навантаження закон Гука має
вигляд:
де: σ — механічне напруження, визначається, як
сила, що припадає на одиницю площі поперечного
перерізу тіла;
— величина відносної деформації
(відносне видовження);
E – модуль Юнга.
10. Плавлення
Плавлення — перехід тіла з твердого стану в рідкий.
Плавлення відбувається з поглинанням теплоти і є
фазовим переходом першого роду.
При нормальному тиску, найбільшою температурою
плавлення серед металів має вольфрам (3422°C), а
серед простих речовин — карбід гафнію HfC
(3890°C). Можна вважати, що найнижчу температуру
плавлення має гелій: при нормальному тиску він
залишається рідким при скільки завгодно низьких
температурах.
Багато речовин при нормальному тиску не мають
рідкої фази. При нагріванні шляхом сублімації вони
відразу переходять в газоподібний стан.
11.
У сплавів, як правило, немає певної температури
плавлення; процес їх плавлення відбувається в
кінцевому діапазоні температур. На діаграмах стану
«температура — відносна концентрація» є кінцева
область співіснування рідкого і твердого стану,
обмежена кривими ліквидуса і солідуса. Аналогічна
ситуація має місце і у разі багатьох твердих розчинів.
Фіксованої температури плавлення немає також у
аморфних тіл; вони переходять в рідкий стан
поступово, розм'якшуючись при підвищенні
температури.
12. Кристалізація
Кристалізація — процес утворення кристалів з пари,
розчинів або розплавів та з речовини в іншому
кристалічному або аморфному стані. Кристалізація
починається при досягненні деяких граничних умов,
наприклад, переохолодженні рідини або
перенасиченні пари, коли практично миттєво виникає
багато дрібних кристаликів — центрів кристалізації.
Кристалики ростуть, приєднуючи атоми з рідини або
пари. Ріст граней кристалу відбувається пошарово,
краї незавершених атомних шарів (сходинки) при
рості рухаються вздовж граней. Залежність швидкості
росту від умов кристалізації приводить до
різноманітності форм росту та структури кристалів
(багатогранні, пластинчасті, голчасті, скелетні,
дендритні та ін. форми, олівцеві структури і т. д.).
13.
В процесі кристалізації також виникають різні
дефекти кристалічної ґратки (див. дислокації).
Якщо насичений при високій температурі розчин
твердої речовини охолодити, то з нього буде
виділятися надлишок розчиненої така її кількість, яка
утворює насичений розчин при нижчій температури,
такий процес називає речовини у вигляді кристалів, а
в розчині залишатиметься кристалізацією.
Процес кристалізації відбувається і при випарюванні
розчину. При цьому внаслідок виділення певної
кількості води ненасичений спочатку вихідний розчин
стає насиченим, а потім і пересиченим, який легко
розкладається, і надлишок розчиненої речовини
виділяється у вигляді кристалів.
14. Випаровування
Випаровування — процес переходу рідини в
газоподібний стан, відбувається при будь-якій
температурі (на відміну від кипіння, що відбувається
при певній температурі).
Рідина, залишена в блюдці, повністю випарується,
тому що в будь-який час у ній є молекули, досить
швидкі (з достатньою кінетичною енергією), щоб
перебороти міжмолекулярні сили притягання на
поверхні рідини і покинути її. Температура рідини, що
випаровується, повинна знижуватися, тому що
молекули, що її покидають, забирають кінетичну
енергію. Швидкість випаровування зростає зі
зростанням температури.
15.
Випаровування супроводжується оберненим
процесом — конденсацією пари. Якщо пара над
поверхнею рідини насичена, то між процесами
встановлюється динамічна рівновага, при якій
кількість молекул, що покидає рідину в одиницю часу
дорівнює кількості молекул, що повертаються в неї.
Якщо пара над рідиною ненасичена, то
випаровування продовжуватиметься доти, доки пара
не стане насиченою, або до повного висихання
рідини. Випаровування супроводжується зниженням
температури, оскільки з рідини вилітають молекули з
енергією, яка перевищує середню. Кількісно
калориметрія випаровування характеризується
питомою теплотою випаровування. Зростанню
швидкості випаровування сприяє вітер. Він забирає
молекули пари з-понад поверхні рідини, заважаючи
встановленню динамічної рівноваги.
16. Сублімація
Сублімція - перехід речовини із твердого стану в
газоподібний, оминаючи рідку фазу. Оскільки при
сублімації змінюється питомий обсяг речовини і
поглинається енергія (теплота сублімації), то
сублімація є фазовим переходом першого роду.
Як і у рідинах, у твердих тілах завжди присутня деяка
кількість молекул, енергія яких достатня для
подолання притягання до інших молекул, і які здатні
відірватись від поверхні тіла і перейти в навколишній
простір. Для твердих тіл цей процес називається
сублімацією. Для більшості твердих тіл процес
сублімації при нормальних температурах є
незначним, і тиск пари над поверхнею твердого тіла
малий; цей тиск підвищується із підвищенням
температури.
17.
Інтенсивно сублімують такі
речовини, як нафталін і
камфора, що відчувається по
різкому властивому їм запаху.
Особливо інтенсивно
сублімація
проходить у вакуумі, що
використовується у
виготовленні дзеркал. Відомий
приклад сублімації — перетворення льоду в пару —
мокра білизна висихає на морозі. Простий
сублімаційний апарат. Холодна вода, що циркулює в
конденсаторі, спричиняє осадження пари. 1 - Вхід
холодної води; 2 - Вихід холодної води; 3 - Лінія
вакуум/газ; 4 - Сублімаційна камера; 5 - Сублімуємий
продукт; 6 - Сирий матеріал; 7 - Зовнішній нагрів.
18. Поверхневий натяг
Поверхневий натяг — фізичне явище, суть якого в
прагненні рідини скоротити площу своєї поверхні при
незмінному об'ємі. Характеризується коефіцієнтом
поверхневого натягу. Завдяки силам поверхневого
натягу краплі рідини приймають максимально
близьку до сферичної форму, виникає капілярний
ефект, деякі комахи можуть ходити по воді.
Поверхневий натяг виникає як у випадку поверхні
розділу між рідиною й газом, так і у випадку поверхні
розділу двох різних рідин. Своєю появою сили
поверхневого натягу завдячують поверхневій енергії.
Для зменшення сил поверхневого натягу
використовуються поверхнево-активні речовини.
19.
Поверхневий натяг призводить до появи додаткового
тиску під викривленою поверхнею рідини. Цей тиск
визначається рівнянням Юнга-Лапласа де Rx і Ry —
два локальні радіуси кривизни поверхні, σ —
коефіцієнт поверхневого натягу.
20.
Табличка для різних рідин
Дані наведені у дин/см = 10-3 Н/м (при температурі
20 °C)
Азотна кислота 70% 59,4
Анілін 42,9
Ацетон 23,7
Бензол 29,0
Вода 72,86
Гліцерин 59,4
Нафта 26
Ртуть 465
Сірчана кислота 85% 57,4
Етиловий спирт 22,8
Оцтова кислота 27,8
Етиловий ефір 16,9
21. Висновки
Тверде тіло — агрегатний стан речовини, що
характеризується стабільністю форми на відміну від
інших агрегатних станів рідини та газу. Рідина —
один з основних агрегатних станів речовини поряд із
газом та твердим тілом. Деформація – зміна розмірів
і форми твердого тіла під дією зовнішніх сил або
якихось інших впливів. Закон Гука стверджує, що при
малих деформаціях напруження прямо пропорційне
відносному видовженню. Плавлення — перехід тіла з
твердого стану в рідкий. Плавлення відбувається з
поглинанням теплоти і є фазовим переходом
першого роду.
22.
Кристалізація — процес утворення кристалів з пари,
розчинів або розплавів та з речовини в іншому
кристалічному або аморфному стані. Випаровування
— процес переходу рідини в газоподібний стан,
відбувається при будь-якій температурі (на відміну
від кипіння, що відбувається при певній температурі).
Сублімція - перехід речовини із твердого стану в
газоподібний, оминаючи рідку фазу. Поверхневий
натяг — фізичне явище, суть якого в прагненні
рідини скоротити площу своєї поверхні при
незмінному об'ємі.
