Кристалл және аморфты денелер
Кристалдар мен аморфты денелер: ұқсастықтары және айырмашылықтары
Көлемі мен пішінін сақтайтын заттарды әдетте қатты дене деп атаймыз. Алайда физикада қатты дене ұғымы ішкі құрылымымен нақтырақ анықталады: қатты дене ретінде көбіне кристалдық денелер қарастырылады.
Аморфты денелер сыртқы түріне қарай қаттыға ұқсас болғанымен, оларды өте тұтқыр сұйық деп сипаттауға болады. Температура артқан сайын олардың сұйыққа тән қасиеттері біртіндеп байқалып, уақыт өте келе балқып, сұйықтың қасиеттерін толық қабылдайды.
Изотропия
Аморфты денелер изотропты: қасиеттері барлық бағытта бірдей.
Анизотропия
Кристалдардың қасиеттері бағытқа тәуелді, сондықтан олар анизотропты.
Аморфты денелердің құрылымдық ерекшелігі
Кристалдық денелерде атомдардың (не молекулалар мен иондардың) ретті орналасуы алыс қашықтықтарға дейін қайталанып отырады. Ал аморфты денелерде мұндай ұзақ қашықтыққа созылатын тәртіп болмайды: мұнда тек жуық (қысқа қашықтықтағы) тәртіп сақталады.
Кейбір заттар кристалдық та, аморфты да күйде кездесуі мүмкін.
Кристалдар және кристалдық тор
Рентген сәулелері арқылы жүргізілген зерттеулер кристалдардағы бөлшектердің (молекулалар, атомдар, иондар) дұрыс, периодты орналасатынын көрсетті. Бұл орналасу кристалдық (кеңістіктік) тор түзеді.
Кристалдық торда бөлшектердің ең орнықты тепе-теңдік қалпына сәйкес келетін нүктелері тор түйіндері деп аталады.
Монокристал және поликристал
Анизотропия қасиеті айқын түрде монокристалдарға тән.
Қатты денелердің көпшілігі поликристалды болады: олар микроскоппен ғана көрінетін өте ұсақ кристалдардың жиынтығынан тұрады.
Поликристалды денелер мен аморфты денелердің маңызды айырмашылығы: поликристалда анизотропия байқалатын өте кішкентай бөлікті бөліп алуға болады, ал аморфты дененің кез келген бөлігі әрқашан изотропты болып қалады.
Кристалдық құрылымдардың түрлері
Кристалдардың типтерін және торда орналасу мүмкіндіктерін кристаллография зерттейді. Тор түйіндеріндегі бөлшектер арасындағы әрекеттесу күштерінің сипатына қарай кристалдық құрылымдар төртке бөлінеді: иондық, атомдық, молекулалық және металдық.
Атомдық кристал
Тор түйіндерінде бейтарап атомдар орналасады және олар коваленттік байланыспен байланысқан.
Коваленттік байланыс
Көршілес екі атомның валенттік электрондармен алмасуы нәтижесінде туатын тартылыс күшіне негізделген байланыс.
Деформация: анықтамасы және түрлері
Сыртқы әсерден дененің пішіні (формасы) немесе көлемі өзгерсе, бұл құбылыс деформация деп аталады.
Негізгі деформация түрлері
Деформациялар кіші де, үлкен де болуы мүмкін.
- 1 Бойлық созылу — күш әсерінен дененің бір бағытта ұзара созылуы.
- 2 Бойлық сығылу — бір бағытта сығатын күш әсерінен дененің ұзындығының кемуі.
- 3 Барлық жаққа созылу — барлық бағытта созатын күш әсерінен көлемнің ұлғаюы.
- 4 Барлық жақтан сығылу — жан-жақтан сығатын күш әсерінен көлемнің кемуі.
- 5 Көлденең майысу — осіне перпендикуляр күш әсерінен шыбықтың майысуы.
- 6 Бұралу — қос күш әсерінен дене қабаттарының бір-біріне қатысты бұрылуы.
- 7 Ығысу — параллель қабаттардың бір-біріне қатысты параллель орын ауыстыруы.
Абсолют деформация
Күш әсерінен дененің қандай да бір өлшемінің сандық өзгерісі.
Механикалық кернеу
Деформацияланған денедегі ішкі күштердің әсерін сипаттайтын шама. SI жүйесінде бірлігі — Паскаль (Па), яғни 1 м2 ауданға 1 Н күш түскендегі кернеу.
Материал қасиеттері: серпімділік, иілгіштік, морттық, қаттылық
Деформация кезінде қатты денені құрайтын бөлшектер бір-біріне қатысты ығысады. Соның нәтижесінде материалда деформацияға қарсы әрекет ететін күштер пайда болады. Бұл күштер серпімділік күштері деп аталады.
Серпімділік күштері дененің бастапқы пішіні мен көлемін қалпына келтіруге ұмтылады және деформацияны тудырған сыртқы денелерге де әсер етеді.
Серпімділік
Сыртқы күш әсері тоқтағаннан кейін дененің бастапқы пішіні мен көлемін қайта қабылдау қасиеті.
Сыртқы күш тоқтаған бойда жойылатын деформация — серпімді деформация.
Иілгіштік (пластикалық)
Сыртқы күш тоқтағаннан кейін де деформацияны белгілі бір деңгейде сақтап қалу қасиеті.
Морттық
Кейбір материалдар аз жүктемеде серпімді деформацияланады, ал жүктеме артқанда қалдық деформация пайда болмай-ақ бірден қирайды. Мұндай материалдар — морт материалдар (шыны, кірпіш, керамика).
Қаттылық
Қаттылық әртүрлі әдіспен анықталады. Көп жағдайда қаттырақ материал деп басқа материалдың бетіне сызғанда із қалдыратын материалды атайды.
Ең қатты материал — алмаз.
Гук заңы және серпімділік модулі
Серпімді деформация мен ішкі күштердің байланысын алғаш тұжырымдаған — ағылшын ғалымы Роберт Гук.
Гук заңының тұжырымы
Серпімді деформацияланған денедегі механикалық кернеу осы дененің салыстырмалы деформациясына тура пропорционал.
Серпімділік модулі
Материалдағы механикалық кернеудің заттың тегіне және сыртқы шарттарға тәуелділігін сипаттайтын k шамасы — серпімділік модулі.
Серпімділік модулі салыстырмалы серпімді деформация 1-ге тең болғанда пайда болатын механикалық кернеумен өлшенеді.
Балқу, кристалдану және фазалық өтулер
Заттың қатты күйден сұйық күйге өтуі балқу, ал сұйық күйден қатты күйге өтуі қатаю немесе кристалдану деп аталады.
Балқу немесе қатаю процестерінде ішкі энергияның заттың тегіне және сыртқы шарттарға тәуелділігін сипаттайтын шама меншікті балқу жылуы деп аталады. Ол — берілген заттың балқу температурасында оның бірлік массасын балқытуға қажетті жылу мөлшері.
Қалыпты атмосфералық қысымдағы балқу температурасы заттың балқу нүктесі деп аталады.
Сублимация және десублимация
Қатты денелердің кебуі сұйықтардың булануына ұқсас; ол сублимация (құрғау) деп аталады.
Кейде газ күйінен сұйық күйге соқпай, бірден қатты күйге өтетін кері процесс те болады — десублимация. Мысал: терезе әйнегіндегі қырау (су буының тікелей мұзға айналуы).
Үштік нүкте
Берілген зат үшін оның үш фазасы да тепе-теңдікте болатын нүктеде қысым p және температура T шамаларының тек бір ғана мәні сәйкес келеді. Бұл нүкте — үштік нүкте.
Судың үштік нүктесінде қысым 610 Па, температура 273,16 К.
Фазалық түрлену жылуы
Фазалық өту заттың ішкі энергиясының өзгеруіне байланысты және түрлену жылуын жұту (немесе шығару) арқылы жүреді: балқу (кристалдану) жылуы, булану (конденсация) жылуы, сублимация (десублимация) жылуы.