Файл: Fizika - V. F. Dmitriyeva.pdf

піка, їх широко застосовують у радіотехніці, оптиці та інших галузях 

промисловості та сільського господарства. Наприклад, кристали рубіну 
шінорисговують у квантових генераторах світла - лазерах. За допомогою 
і» рис галів сегнетової солі добувають ультразвукові коливання. Тепер 
і тучно виготовляють монокристали багатьох речовин; кварцу, алмазу, 

м»ру і іду, рубіну тощо. Щоб виростити кристали, погрібні особливі умови. 

11 а приклад, для виготовлення алмазу потрібні тиск 10

4

 МПа і температура 

ЛИК) °С. 

Атомам того самого хімічного елемента можуть відповідати різні за 

і і,н ги костями кристалічні структури. Вуглецю властиві шарувата струк-

І \ р.і графіту і просторова структура алмазу, властивості яких цілком різні. 

І молекул води може складатися лід п'яти різних кристалічних структур. 

II /</< тивість речовини одного складу утворювати різні кристалічні струк-
пі\ ри, які мають різні фізичні властивості, називається поліморфізмом. 

Для кристалічних тіл характерний

 дальній порядок

, тобто правильна 

іижіорюваність положень вузлів кристалічних ґрат на будь-яких відста-
нях у кристалі. 

Аморфні тіла 

Крім кристалічних тіл є

 аморфні тіла.

 Ці тіла, хоч і вважа-

т и . їх твердими, є переохолодженими рідинами. 

Якщо розглядати деякий атом аморфного тіла як центральний, то най-

(інижчі до нього атоми розміщуватимуться в певному порядку, але з від-

і.іменням від центрального атома цей порядок порушується і розміщення 

помів може бути різним, тобто випадковим. В аморфних тілах на відміну 

під кристалічних існує тільки ближній порядок у взаємному розміщенні 
- угідиіх атомів. До аморфних тіл належать скло, пластмаси тощо. Багато 

і ін, такі, як сірка, гліцерин, цукор тощо, можуть бути як у кристалічному, 
І.ІК і в аморфному стані або, як кажуть, у склоподібній формі. У природі 

аморфний стан менш поширений, ніж кристалічний. 

§ 77. Типи кристалічних ґрат. 

Дефекти і домішки в кристалах 

ТИПИ

 кристалічних фат 

Якщо температура тіла така, що середня кінетична енергія 

.помів (або молекул), які утворюють його, менша за потенціальну енер-

і по їх взаємодії, утворюються кристали. У кристалічних тілах розміщення 

235 

атомів відповідає мінімальному значенню потенціальної енергії. Це г 
умовою стійкої рівноваги. Залежно від характеру сил взаємодії і природи 

частинок, розміщених у вузлах кристалічних ґрат, розрізняють чотири 

типи кристалічних ґрат. 

1.

 Атомні кристали.

 У вузлах кристалічних ґрат розміщені нейтральні 

атоми, Між ними існує зв'язок, який має електричний характер. Цей 
зв'язок можна пояснити тільки з позицій квантової механіки. Він здійс-
нюється електронними парами, причому від кожного атома бере участь 
тільки один електрон. Кількість зв'язків, в яких може брати участь атом, 
визначається його валентністю. Прикладами атомних кристалів є алмаз, 
графіт (див. рис. 8.3), германій і кремній. 

2.

 Іонні кристали.

 У вузлах кристалічних ґрат цих кристалів розміщені 

іони різних знаків. Зв'язок між ними зумовлений електричними (кулоні в -
ськими) силами взаємодії (притягання) між різнойменними іонами. При-
кладом іонних ґрат є кристал кам'яної солі КаСІ (див. рис. 8.2). 

3.

 Металеві кристали

. У вузлах кристалічних ґрат розміщені позитив-

ні іони металу, між якими рухаються так звані вільні (валентні) електрони, 
що утворюють електронний газ. Зв'язок у металевих кристалах забезпе-
чують сили притягання між позитивними іонами, розміщеними у вузлах 
ґрат, і негативним електронним газом. Ці сили притягання зрівноважу-
ються силами відштовхування, які діють між однойменними іонами. При 
цьому буде стійка конфігурація іонів. Іони розміщуються один відносно 

одного на певній відстані, яка називається

 періодом ґрат. 

4.

 Молекулярні кристали.

 У вузлах кристалічних ґрат розміщуються 

певним способом орієнтовані молекули. Між молекулами діють сили 
притягання, характерні для взаємодії молекул. До молекулярних кристалів 
належать нафталін, парафін, сухий лід С0

2

, лід Н

2

0. 

Дефекти в кристалах 

Ідеально правильну структуру монокристали мають у порів-

няно невеликих об'ємах. Дефекти кристалічних ґрат зумовлені в основ-
ному включенням атомів інших елементів, вакансіями і дислокаціями. 

Якщо у вузлі або міжвузловому просторі кристалічних ґрат розміщений 

атом домішки, то це веде до спотворень (рис. 8.4, а,

 б). 

Якщо у вузлі кристалічних ґрат немає атома, то виникає дефект ґрат, 

який називається

 вакансією.

 Спотворення ірат цього типу зображено на 

рис. 8.4,

 в. 

Механічні властивості кристалів значною мірою залежать від наявнос-

ті особливих дефектів -

 дислокацій

. Дислокація виникає внаслідок змі-

236 

і мамія атомних площин у деякій частині кристала, одна з площин розміс-

іи гься в проміжку між іншими атомними площинами. Це відбувається 
і«>ді, коли кристал зазнає деформації зсуву, тобто одноатомна площина 

11 шзас відносно іншої. Дефекти в кристалах дуже впливають на їхні фізичні 
м мстивості. 

§ 78. Полімери 

Полімери 

Останнім часом у техніці дедалі більше застосовують речо-

иміні, які називаються

 полімерами.

 Вони утворюються через приєднання 

м/іМІсї

 до одної ряду молекул (мономерів) з низькою відносною молеку-

лярною масою. 

Процес утворення полімерів називається

 полімеризацією.

 Кількість 

моиомерних молекул, які входять до складу молекули полімеру, - це сту-
пни» полімеризації. Молекулярна маса полімерів дуже велика. Залежно 
ніч властивостей вихідних молекул у процесі полімеризації можуть вини-
• л і и як лінійні молекулярні ланцюжки, так і розгалужені. 

І Іолімери поділяють на два класи: природні і синтетичні. До природ-

них полімерів належать сполуки високої молекулярної хмаси, наприклад 

опіки, каучук, до синтетичних - різні пластмаси. 

Механічні властивості полімерів багато в чому залежать від сил взає-

модії між окремими молекулами. Наявність у полімерах упорядкованих 
і' рметалічних областей сприяє значному підвищенню їхньої міцності. Ве-

-іикий вплив мають довжина молекулярного ланцюжка, ступінь його роз-

і алужсності і розміщення структурних ланок у макромолекулі. Отже, ме-

ч.ппчпі властивості полімерів безпосередньо пов'язані з їхньою хімічною 

» і рукгурою, оскільки вона визначає розміри кристалічних областей і їхню 
г і «ібільність, жорсткість ланцюжка і його довжину, просторову будову 

макромолекул. 

237 

Пластмаси

 мають найрізноманітніші фізичні властивості: 

корозійну стійкість, здатність формуватися у вироби складної конфігурн 
ції і витримувати різні зміни температури, добрі теплоізоляційні харак те-
ристики, високу діелектричну проникність, велику питому міцність, малу 
густину тощо. 

Застосування полімерів 

У промисловості застосування полімерів дає можливість 

розв'язувати багато складних завдань, з якихми пов'язаний розвиток су-

часної техніки. Штучно створені полімери замінюють метали в машино- і 
приладобудуванні, імітують різні будівельні матеріали, наприклад цінні 
породи дерев, є замінниками шкіри, волокна. За своїми властивостями 
полімерні матеріали іноді перевищують природні. 

§ 79. Пружні властивості твердих тіл. Закон Гука 

Деформація 

Під дією зовнішніх сил при нагріванні або охолодженні 

змінюється об'єм тіла, що звичайно супроводиться зміною його фор-
ми, тобто тверде тіло деформується.

 Деформації\ які зовсім зникають 

після припинення дії деформуючих факторів, називають пружними. 

Деформаціїякі не зникають після припинення дії деформуючих фак-

торів, називають пластичними

. Пружність або пластичність тіл в 

основному визначається матеріалом, з якого їх виготовлено. Напри-
клад, сталь і гума пружні, а мідь і віск пластичні. 

У процесі деформації твердого тіла частинки, розміщені у 

вузлах кристалічних фат, зміщуються одна відносно одної. Цьому змі-
щенню перешкоджають внутрішні пружні сили, що діють між частинка-

ми твердого тіла. Сила пружності Е

пр

, яка виникає під час деформації 

тіла, завжди напрямлена в бік, протилежний зміщенню частинок тіла. 

ВИДИ

 деформації 

Пружні деформації, які виникають у тілах, дуже різномані т-

ні. Розрізняють чотири основні види деформації: розтяг (або стиск), зсув, 

крутіння і згин. 

238 

а б 

Рис, 8,5 

Рис* 8.6 

І Іайчастіше в умовах експлуатації різних конструкцій доводиться роз-

раховувати пружні деформації розтягу або стиску (рис. 8.5). Деформацію 
розтягу (стиску) тіла характеризують його відносним подовженням є -
підношенням абсолютного подовження

 АІ

 до початкової довжини /

0

. 

І Іри деформації (рис. 8..6) зсуву є = 1§9. 
Прикладена до тіла зовнішня сила

 ¥

 створює всередині нього

 нор-

мильну механічну напругу 

<* =

  £ ; (8.1) 

«З 

і V і Л' - площа перерізу тіла. 

Закон Гужа 

Р. Гук установив, що в межах пружних деформацій нормаль-

на напруга і відносне подовження зв'язані співвідношенням 

= (8.2) 

І Іе співвідношення називають

 законом Гука

. Коефіцієнт пропорційно-

пі а, який характеризує пружні властивості матеріалу, називається

 кое-

фіцієнтом пружності

. Величину, обернену до коефіцієнта пружності, 

на швають

 модулем поздовжньої пружності,

 або

 модулем Юнга: 

£ = (8.3) 

а 

Напишемо тепер закон Гужа у вигляді 

— або  о - Е г . (8,4) 

і Е 

2.39