Какие бывают свойства твердых тел
Твердые тела обладают рядом специфических признаков и свойств. Они определяются различными параметрами и характерными чертами. В основе изучения этих свойств лежит познавательный процесс всего окружающего нас мира. Это входит в фундаментальные основы физики. Исследование сегодня проводятся не только на макроуровне, но и постигаются признаки привычных нам твердых тел, из которых состоит практически все вокруг.
Рисунок 1. Основные свойства твердых тел. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Типы твердых тел
Все твердые тела делятся на два основных типа:
- аморфные тела;
- тела с кристаллической структурой.
Твердые тела состоят из многообразия бесконечных молекулярных связей. Без использования различных твердых тел, которые обладают отличными друг от друга специфическими свойствами невозможно сегодня представить себе развитие науки и техники. В настоящее время металлы и другие диэлектрики активно используются в электротехники, электронике различного уровня.
В основе такого оборудования лежат полупроводники, которые обладают уникальными свойствами, позволяющими совершать научно-технический прогресс ускоренными темпами. Это и различные магниты, сверхпроводники, иные новые материалы с полезными характеристиками. Поэтому изучение физики твердого тела напрямую связано с дальнейшим развитием науки и технологий.
Готовые работы на аналогичную тему
Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту
Узнать стоимость
Взаимодействие частиц порождают появление особенных свойств у твердых тел с кристаллической структурой внутреннего строения. Коллективные свойства электронов могут определять степень электропроводности различных твердых тел. Характер коллективного колебания атомов при взаимодействии определенной температурой позволяет говорить о способности к теплоемкости. Оно возникает в том случае, когда тела могут поглощать тепло в определенных пределах. Одни твердые тела более предрасположены к поглощению тепла и нагреваются сильнее, другие – нет.
В кристаллах внутренняя структура вещества предполагает наличие кристаллической решетки. В таких твердых телах молекулы или атомы выстраиваются совершенно определенным и упорядоченным образом в пространстве. Кристаллы имеют плоские грани, а также строгую периодичность расположения узлов и элементов всей конструкции. По-иному устроены твердые тела аморфного типа. Они состоят из большого и беспорядочного скопления атомов.
Кристаллические тела обладают свойствами анизотропности, что предполагает зависимость физических свойств от направления внутри кристалла. Все металлы имеют кристаллическую структуру, поэтому именно их человечество сегодня использует в качестве основного материала для строительства. Однако металлы в обычном своем состоянии не обнаруживают свойств анизотропности.
Есть случаи, когда одно и то же вещество может находиться в аморфном и кристаллическом состоянии.
Свойства аморфных тел
Аморфные твердые тела имеют признаки изотропности. Иными словами, физические свойства таких тел будут иметь одинаковые показатели по всем направления изучения. К таким телам часто относят стекло, смолу, леденцы. При определенном уровне внешних силовых воздействиях такие твердые тела преобразуются в иное состояние или приобретают иные признаки. К основным свойствам аморфных тел относят:
- упругость;
- текучесть.
Упругость при этом подобно основным параметрам всех твердых тел, а текучесть имеет признаки жидкости. Такие тела при кратковременном силовом физическом воздействии ведут себя как твердые тела, обладая упругостью. Однако при более сильных и активных воздействиях могут расколоться на части. Если взаимодействия происходят интенсивно и на протяжении большого количества времени, тогда твердые тела подвержены текучести.
Рисунок 2. Особые свойства твердых тел. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Молекулы и атомы аморфных тел, как и в жидкостях имеют определенное время колебаний около положения равновесия. Время такого положения в отличие жидкости не такое большое, поэтому их по внутренним свойствам приближают к кристаллическим. Атомы не перестраиваются из одного положения в другое постоянно и надолго. Состояние равновесия атомов сохраняется практически без изменений. Аморфные тела при низких температурах полностью соответствуют свойствам твердых тел. Если температура стремится к повышению, связи на молекулярном уровне также изменяются. Эти тела приближенно напоминают свойства жидкостей.
Аморфные тела занимают промежуточное положение между кристаллическими твердыми телами и жидкостями. Их атомы или молекулы располагаются в относительном порядке. Если происходит понимание свойств указанных веществ, то можно создавать такие материалы, которые будут соответствовать определенным характеристикам и свойствам.
Пластичность и хрупкость
Существуют такие материалы, которые испытывают пластичные деформации при относительно небольшом воздействии внешних факторов. Свойства пластичности характерны для аморфных твердых тел. Если тело способно разрушаться при небольших деформациях, тогда стоит говорить о твердых телах со свойствами хрупкости. Это специфическое физическое свойство имеет более важное значение на практике, чем упругость и пластичность.
В качестве наиболее хрупких материалов можно привести в пример изделия из фарфора. Все знают, что посуда может разбиваться на куски во время падения с высоты. Мрамор, чугун и янтарь также можно причислить к материалам, которые обладают довольно большой степенью хрупкости. Остальные металлы обычно не предполагают наличия таких свойств и выдерживают серьезные нагрузки до момент деформации или разрушения.
Специалисты неохотно делят твердые тела на пластичные и упругие, поскольку это деление носит условный характер. Это означает, что один и тот же материал способен приобретать те или иные свойства исходя из внешних факторов. Один материал может обладать свойствами упругости и пластичности в зависимости от возникающих напряжений.
Также у различных материалов есть собственный предел прочности. Он возникает в момент, когда напряжение в материале значительно превышает предел упругости. В этом случае, подверженный нагрузкам предмет не принимает исходных размеров и остается в деформированном виде.
При увеличении нагрузки на твердое тело процесс деформации происходит с новой силой и быстрее. При достижении максимума в определенной точке происходит разрыв материала. Напряжение в этот отрезок времен достигает предельного максимального значения. Деталь растягивается без увеличения внешней нагрузки до полного или частичного разрушения. Подобная величина будет зависеть от определенного материала и качества его обработки.
Источник
- Основные свойства твердых тел
- Типы твердых тел
- Свойства твердых веществ аморфного типа
- Особые свойства твердых тел
- Пластичность и хрупкость
Твёрдые тела отличаются от других тел рядом признаков и свойств. Все они имеют сходные между собой характеристики. Все эти свойства и характеристики изучаются в ходе постоянно совершенствующегося познавательного процесса окружающего мира.
Твердые тела физика изучает на протяжении всего своего существования как науки. Исследования, в том числе и при которых изучаются свойства тел, проводятся на микро и макроуровнях. Изучение физических тел, включая свойства твёрдых тел – один из основных вопросов современной физики.
Основные свойства твердых тел
Твердым телам свойственны: упругость, пластичность и хрупкость.
Упругость – свойство тела возвращать форму в исходное положение после прекращения действия физической силы извне. К примерам можно отнести резину.
Пластичность – свойство, заключающееся в закреплении приобретенной формы после остановки или прекращения внешнего воздействия. Это свойство не восстанавливать свою форму. Примеры: пластилин, глина.
Хрупкость – свойство тела разрушаться при малых деформациях. Примеры: стекло, фарфор.
Типы твердых тел
Зависимо от степени проявления тех или иных свойств, все твердые тела можно поделить на такие основные типы:
- Аморфные
- С кристаллической структурой
Огромное разнообразие твердых тел по сути можно рассматривать как бесконечное количество молекулярных связей. Без использования всего разнообразия твердых тел с различными свойствами и характеристиками невозможно было бы представить себе текущий уровень развития науки и техники. Множество приборов и серьезного научного оборудования созданы на основании знаний того, какими свойствами обладают твердые тела, например, огромное количество электронного оборудования использует полупроводники со своими уникальными свойствами и возможностями. Речь идет о магнитах, сверхпроводниках и прочих материалах, без которых было бы невозможным такое стремительное развитие науки.
Таким образом, твёрдые тела это один из важнейших предметов изучения физики и одно из важнейших предпосылок к перспективам развития науки. В частности, сегодня ученых интересуют свойства твердых тел с кристаллической структурой внутреннего строения, которые проявляются в результате взаимодействия частиц.
Коллективные свойства электронов дают возможность электропроводности тех или иных тел, тип коллективного колебания, возникающего при поглощении тепла, определяет степень теплоемкости. Определено, что тепловые свойства твердых тел разные: некоторым твердым телам более свойственно поглощение тепла и соответственного нагревания, а некоторым – меньше. На основании получаемых данных рассматриваются варианты, при которых управление свойствами твердых тел используется в полезных практических и научных целях.
Свойства кристаллических твердых тел предполагают наличие кристаллической решетки. В этих телах частицы имеют четкую структуру, четкую периодичность и порядок размещения структурных единиц и составляющих элементов всей конструкции. Свойства твердого вещества аморфного типа – совершенно иные. Они представляют собой огромное количество хаотичного скопления атомов.
Еще одной отличительной чертой кристаллического тела является анизотропность. Данная характеристика твердых тел-кристаллов предполагает зависимость свойств тела от направления внутри кристалла.
Кристаллическая структура присуща всем металлам, именно поэтому они – лучшие материалы для строительства. Однако важно обратить внимание на то, что анизотропность не проявляется постоянно. В обычном состоянии эта характеристика никак не проявляется у металлов. Оказывается, в некоторых случаях вещество может пребывать в аморфном и кристаллическом состоянии одновременно.
Свойства твердых веществ аморфного типа
Для тел аморфного типа свойственна изотропность, которая предполагает равные показатели по всем направлениям. Приведем в пример стекло, леденцы. При достаточных внешних воздействиях эти тела приобретут другую форму и другие признаки.
К основным свойствам аморфных тел относятся:
- Упругость
- Текучесть
Упругие свойства твердых тел проявляются во всех твердых телах, а текучесть – это признак жидкости.
Такая характеристика твердых тел как упругость проявляется при кратковременных силовых воздействиях. Стоит же применить больше силы, и они могут расколоться на частицы. При интенсивном же и длительном взаимодействии твердые тела могут проявлять текучесть.
Особые свойства твердых тел
- Анизотропия – одно из свойств твердого вещества, которое заключается в зависимости физических свойств от направления в кристалле.
- Изотропия – отсутствие зависимости свойства тела от направления
- Полиформизм – особое свойство, которое заключается в способности твёрдых тел находиться в состоянии с различной кристаллической решёткой. Свойство присуще только твердому агрегатному состоянию веществ.
Молекулы и атомы тел типа аморфные поддаются колебаниям, однако незначительным по сравнению с жидкостью, поэтому по внутренним свойствам их можно приравнять к кристаллическим.
Их атомы не находятся в постоянном процессе перестраивания из одного положения в другое, поэтому их состояние равновесия характеризуется как неменяющееся. Аморфные тела в состоянии низкой температуры отвечают свойствам твердых тел. При повышении температуры – меняются связи на молекулярном уровне, а тела начинают напоминать по своим свойствам жидкость.
Аморфные тела имеют одновременно схожесть и с кристаллическими, и с твердыми телами, и с жидкими. Из частицы находятся в определенном порядке, что позволяет создавать материалы, вещества, предметы с заданными и ожидаемыми свойствами. Управляемые свойства твердых тел физика рассматривает как одно из самых основных направлений практически ориентированного изучения того, какими общими свойствами обладают твердые тела и как этими свойствами управлять.
Пластичность и хрупкость
Есть ряд материалов, которые претерпевают деформацию при небольшом внешнем воздействии. Это свойство пластичности, которое отличает аморфные твердые тела.
Другая группа материалов – это материалы, способные разрушиться при незначительном воздействии. Это свойство хрупкости, оно на практике оказывается более востребованным, чем упругость и пластичность. Одним из наиболее хрупких материалов является фарфор. Нам известно, что будет с фарфоровым предметом, если уронить его с высоты.
Один и тот же материал условно способен приобретать упругость или пластичность зависимо от возникающих напряжений. У разных материалов свой предел прочности: при определенной нагрузке происходит разрыв материала. В таком случае говорят, что напряжение в этом момент достигло своего максимального значения. Эта величина зависит от материала и качества его обработки.
Источник
Все окружающее нас вещи обладают различными свойствами и характеристиками. Это зависит от многих факторов, в том числе от физического состояния. Помимо жидкостей различают твердые тела.
Рисунок 1. Виды твердых тел. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Все твердые тела можно раздели на две большие группы по различному состоянию:
- кристаллические;
- аморфные.
Кристаллические и аморфные твердые тела
Кристаллическими называют тела, которые обладают особой структурой молекулярных связей между собой. Все частицы в таком исполнении составляют кристалл и расположены в определенном порядке. Расстояние между частицами также определенное. Подобные связи еще называют кристаллической решеткой. Она представляет собой совокупность атомов и различных узлов и молекул, которые составляют твердое вещество в целом.
Подобные соединения славятся очень большой прочностью, а из металлических материалов с классической кристаллической решеткой сегодня строятся самые сложные инженерные сооружения, включая мосты, здания и иные строения. Прочность кристаллических тел отличается высокой степенью практического применения в различных сферах человеческой деятельности. Однако реальная прочность кристаллов оказалось гораздо меньше расчетной прочности, так как на их поверхности обнаружены многочисленные дефекты в основе кристаллической решетки.
Готовые работы на аналогичную тему
Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту
Узнать стоимость
Аморфными твердыми телами называют такие тела, которые обладают одинаковыми физическим свойствами по всем направлениям. Подобное свойство также называют изотропностью. Такие аморфные тела характеризуются беспорядочным расположением элементов молекулярной связи. Они состоят из бесконечного количества соединений атомов и молекул. В кристаллических телах внутренняя структура резко контрастирует с аморфными телами
Кристаллические тела делятся на:
- монокристаллы;
- поликристаллы.
Монокристаллы характеризуются периодичностью по своей структуре и многократному повторению связей во всем объеме.
Для поликристаллов основополагающим стало наличие кристаллитов. Они выглядят, как множество сросшихся между собой хаотически расположенных маленьких кристаллов.
Структура кристаллов
Рисунок 2. Структура кристаллов. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
С кристаллической структурой веществ человек сталкивается постоянно в ежедневном режиме. Мы ходим зимой по снегу или льду, имеющим в своей основе чистую структуру кристалла. Она формируется из кристаллической воды. Многая пища состоит из кристалликов соли или сахара.
Такая многогранная натура твердых телах характеризуется несколькими схожими и постоянно повторяющимися элементами внутренней конструкции. Атомы и иные молекулярные связи располагаются в отдельных кристаллических решетках, при этом все выглядит предельно упорядоченно. Складывается система похожих многогранников. Таким образом, можно искусственным образом воспроизвести подобные молекулярные связи.
Упорядоченное расположение всех частиц в узлах кристаллической решетки придает правильную и красивую форму с симметричным расположением сторон и углов. Впервые такую структуру смогли показать и объяснить только 200 лет назад.
Для роста кристаллов необходимо создать определенные условия. Центр кристаллизации становится своеобразной точкой отсчета будущего каркаса вещества. Его можно создать искусственным или естественным способом. Для этого в прозрачном растворе наблюдают за движением ионов или молекул. Они ведут себя достаточно непредсказуемым образом и постоянно сталкиваются, при этом идет формирование новых протосвязей – зародышей будущего кристаллического твердого тела. При повторных взаимодействиях можно увидеть, что приобретаются формы структуры мельчайшего кристаллика, который станет элементом ячейки тела. Под скоплением частиц происходит постепенный рост решетки, при этом появляется тот самый центр кристаллизации. Его основой могут быть самые разнообразные вещества, которые содержатся и плавают в сосуде. В процессе роста появляются дополнительные связи и происходит превращение в большое твердое тело с кристаллической основой.
Типы кристаллических твердых веществ
Твердое состояние вещества предполагает наличие у тел кристаллической решетки. Подобные тела делятся на несколько типов:
- в кристаллической решетке с атомами частицы твердого вещества связаны ковалентной связью;
- в молекулярной кристаллической решетке между частицами существует небольшая связь;
- в узлах ионной кристаллической решетки положительно заряженные частицы чередуются с отрицательно заряженными;
- в металлической кристаллической решетке в узлах присутствуют только ионы химических веществ, которые заряжены положительно.
Особенности твердых веществ
По характеру движения электронов на внешнем уровне атомов твердого тела можно установить его электрические специфические свойства и признаки. Сегодня выделяют несколько видов таких тел в зависимости от типа связи атомов.
При ионной связи атомов основной характерной чертой стала сила электростатического притяжения. Такие вещества способны отражать и поглощать свет в инфракрасной плоскости. При небольшой температуре ионная связь отличается малой электропроводностью.
Ковалентная связь осуществляется за счет электронной пары. Она принадлежит обоим атомам. Подобная связь также делится на простую, двойную и тройную по наличию числа пар электронов. Наиболее твердые кристаллы относятся к ковалентной связи.
Металлическая связь возникает при возникновении больших атомов. Она образуется при помощи процесса объединения валентных электронов атомов. Большие атомы способны отдавать свои электроны, что способствует формированию сложных соединений. Так образуются металлы и другие сложные твердые вещества. Вещества с металлической связью разнообразны по физическим свойствам. Среди них выделяют жидкие металлы, мягкие, очень твердые.
При молекулярной связи, которая образуется в кристаллах, образуется отдельными молекулами вещества. Силы, при которых происходят процессы, обладают значительной степенью стабильности. Молекулы притягиваются друг относительно друга только слабым межмолекулярным притяжением. При нагревании вещества подобные недолговечные связи утрачивают свою актуальность и разрушаются.
Водородная связь может возникнуть между поляризованными положительно заряженными атомами молекулы и той частью, которая является частью отрицательно поляризованной частицей или ее частью.
Источник