Твёрдые вещества

Твёрдые тела Скачать презентацию
<< Твёрдые тела		Физика твёрдого тела >>

Кристаллическая решетка поваренной соли

Простые кристаллические решетки

Структура металлического кристалла

Фото из презентации «Твёрдые вещества» к уроку физики на тему «Твёрдые тела»

Автор: Customer. Чтобы познакомиться с фотографией в полном размере, нажмите на её эскиз. Чтобы можно было использовать все фотографии на уроке физики, скачайте бесплатно презентацию «Твёрдые вещества» со всеми фотографиями в zip-архиве размером 2403 КБ.

Скачать презентацию

Твёрдые вещества

содержание презентации «Твёрдые вещества»

Сл	Текст	Эф	Сл	Текст	Эф
1	Кристаллические и аморфные тела.	0	17	решетка может быть построена путем параллельного	0
2	Долгое время казалось, что самое интересное в	0		переноса (трансляции) элементарной ячейки по некоторым
	Физике - это исследования микромира и микрокосмоса.			направлениям. Теоретически доказано, что всего может
	Именно там пытались найти ответы на набоилее важные,			существовать 230 различных пространственных
	фундаментальные вопросы, объясняющие устройство			кристаллических структур. Большинство из них (но не
	окружающего мира. А сейчас образовался третий фронт			все) обнаружены в природе или созданы искусственно.
	исследований - изучение твёрдых тел. Почему же так		18	Кристаллические решетки металлов часто имеют форму	0
	важно исследовать твёрдые тела? Огромную роль, конечно,			шестигранной призмы (цинк, магний),
	играет здесь практическая деятельность человека.			гранецентрированного куба (медь, золото) или объемно
	Твёрдые тела - это металлы и диэлектрики, без которых			центрированного куба (железо). Кристаллические тела
	немыслима электротехника, это - полупроводники, лежащие			могут быть монокристаллами и поликристаллами.
	в основе современной электроники, магниты, сверх			Поликристаллические тела состоят из многих сросшихся
	проводники, конструкционные материалы. Словом, можно			между собой хаотически ориентированных маленьких
	утверждать, что научно-технический прогресс в			кристалликов, которые называются кристаллитами. Большие
	значительной мере основан на использовании твёрдых тел.			монокристаллы редко встречаются в природе и технике.
	Но не только практическая сторона дела важна при их			Чаще всего кристаллические твердые тела, в том числе и
	изучении. Сама внутренняя логика развития науки -			те, которые получаются искусственно, являются
	физики твёрдого тела - привела к пониманию важного			поликристаллами.
	значения коллективных свойств больших систем.		19	В отличие от монокристаллов, поликристаллические	0
3	Анизотропия монокристаллов заключается в	0		тела изотропны, т. е. их свойства одинаковы во всех
	зависимости их физических свойств от направления.			направлениях. Поликристаллическое строение твердого
	Поликристалл представляет собой соединение мелких,			тела можно обнаружить с помощью микроскопа, а иногда
	различным образом ориентированных монокристаллов			оно видно и невооруженным глазом (чугун).
	(зерен) и не обладает анизотропией свойств. Большинство		20	Многие вещества могут существовать в нескольких	0
	твердых тел имеют поликристаллическое строение			кристаллических модификациях (фазах), отличающихся
	(минералы, сплавы, керамика).			физическими свойствами. Это явление называется
4	Твёрдое тело состоит из миллиарда частиц, которые	0		полиморфизмом. Переход из одной модификации в другую
	взаимодействуют между собой. Это обусловливает			называется полиморфным переходом. Интересным и важным
	появление определённого порядка в системме и особых			примером полиморфного перехода является превращение
	свойств всего количества микрочастиц.Так, коллективные			графита в алмаз. Этот переход при производстве
	свойства эллектронов определяют электропроводность			искусственных алмазов осуществляется при давлениях
	твёрдый тел, а способность тела поглощать тепло -			60–100 тысяч атмосфер и температурах 1500–2000 К.
	теплоёмкость - зависит от характера коллективных		21	Структуры кристаллических решеток экспериментально	0
	коллебаний атомов при тепловом движении. Коллективные			изучаются с помощью дифракции рентгеновского излучения
	свойства объясняют все основные закономерноести			на монокристаллах или поликристаллических образцах. На
	поведения твёрдых тел.Основными свойствами			рис. 3.6.2 приведены примеры простых кристаллических
	кристаллических тел являются: определенность			решеток. Следует помнить, что частицы в кристаллах
	температуры плавления, упругость, прочность,			плотно упакованы, так что расстояние между их центрами
	зависимость свойств от порядка расположения атомов, т.			приблизительно равно размеру частиц. В изображении
	е. от типа кристаллической решетки. Структура твёрдых			кристаллических решеток указывается только положение
	тел многообразна.			центров частиц.
5	Аморфными называют вещества, у которых отсутствует	0	22	Рисунок 3.6.2. Простые кристаллические решетки: 1 –	0
	порядок расположения атомов и молекул по всему объему			простая кубическая решетка; 2 – гранецентрированная
	этого вещества. В отличие от кристаллических веществ			кубическая решетка; 3 – объемноцентрированная
	аморфные вещества изотропны. Это значит, что свойства			кубическая решетка; 4 – гексагональная решетка. Рисунок
	одинаковы по всем направлениям. Переход из аморфного			3.6.2. Простые кристаллические решетки: 1 – простая
	состояния в жидкое происходит постепенно, отсутствует			кубическая решетка; 2 – гранецентрированная кубическая
	определенная температура плавления. Аморфные тела не			решетка; 3 – объемноцентрированная кубическая решетка;
	обладают упругостью, они пластичны. В аморфном			4 – гексагональная решетка. Рисунок 3.6.2. Простые
	состоянии находятся различные вещества: стекла, смолы,			кристаллические решетки: 1 – простая кубическая
	пластмассы и т. п. Упругость — свойство тел			решетка; 2 – гранецентрированная кубическая решетка; 3
	восстанавливать свою форму и объем после прекращения			– объемноцентрированная кубическая решетка; 4 –
	действия внешних сил или других причин, вызвавших			гексагональная решетка. Рисунок 3.6.2. Простые
	деформацию тел. Для упругих деформаций справедлив закон			кристаллические решетки: 1 – простая кубическая
	Гука, согласно которому упругие деформации прямо			решетка; 2 – гранецентрированная кубическая решетка; 3
	пропорциональны вызывающим их внешним воздействиям а =			– объемноцентрированная кубическая решетка; 4 –
	Е\|с\|, где а — механическое напряжение, е —			гексагональная решетка. Рисунок 3.6.2. Простые
	относительное удлинение, Е — модуль Юнга (модуль			кристаллические решетки: 1 – простая кубическая
	упругости). Упругость обусловлена взаимодействием и			решетка; 2 – гранецентрированная кубическая решетка; 3
	тепловым движением частиц, из которых состоит вещество.			– объемноцентрированная кубическая решетка; 4 –
6	Тело из любого материала при малых деформациях	0		гексагональная решетка.
	ведёт себя, как упругое. Его размеры и форма		23	В простой кубической решетке частицы располагаются	0
	восстанавливаются при снятии нагрузки. В то же время			в вершинах куба. В гранецентрированной решетке частицы
	все тела в той или иной мере могут испытывать			располагаются не только в вершинах куба, но и в центрах
	пластичиские деформации. Механические свойства			каждой его грани. Изображенная на рис. 3.6.1 решетка
	материалов разнообразны. Такие материалы, как резина			поваренной соли состоит из двух вложенных друг в друга
	или сталь обнаруживают упругие свойства при			гранецентрированных решеток, состоящих из Na+ и Cl–. В
	сравинительно больших напряжениях и деформациях.			объемноцентрированной кубической решетке дополнительная
	Поэтому такие материалы называют упругими.			частица располагается в центре каждой элементарной
7	Пластичность. Пластичность — свойство твердых тел	0		кубической ячейки.
	под действием внешних сил изменять, не разрушаясь, свою		24	Кристаллические структуры металлов имеют важную	0
	форму и размеры и сохранять остаточные деформации после			особенность. Положительно заряженные ионы металла,
	того, как действие этих сил прекратится У мокрой глины,			образующие кристаллическую решетку, удерживаются вблизи
	пластилина или свинца область упругих деформаций мала.			положений равновесия силами взаимодействия с «газом
	Материалы, у которых незначительные нагрузки вызывают			свободных электронов» (рис. 3.6.3). Электронный газ
	пластические деформации, называют пластичными. Деление			образуется за счет одного или нескольких электронов,
	материалов на упругие и пластичные в значительной мере			отданных каждым атомом. Свободные электроны способны
	условно. В зависимостиот возникающих напряжений один и			блуждать по всему объему кристалла.
	тот же материал будет вести себя или как упругий, или		25	Рисунок 3.6.3. Структура металлического кристалла.	0
	как пластичный. Так, при очень больших напряжениях		26	В 1959 г. английский физик Д. Бернал провёл	0
	сталь обнаруживает пластичные свойства. Это широко			интересные опыты: он взял много маленьких пластилиновых
	используют при штамповке стальных изделий с помощью			шариков одинакового размера, обволял их в меловой пудре
	пресса, создоющего огромную нагрузку. Холодная сталь			и спресовал в большой ком. В результате шарики
	или железо с трудом поддаются ковке молотом. Но после			деформировались в многогранники. Оказалось, что при
	сильного нагрева им легко придать посредствам ковки			этом образовывались преимущественно пятиугольные грани,
	любую форму. Свинец пластичный и при комнатной			а многогранники в среднем имели 13,3 грани. Так что
	температуре, но приобретает ярко выраженные упругие			какой-то порядок в аморфных веществах определённо есть.
	свойства, если его охладить до температуры ниже -100			Свойства Аморфных тел. Все аморфные тела изотропны,
	C0.			т.е. их физические свойства одинаковы по всем
8	Хрупкость. Большое значение на приктике имеет	0		направлениям. К аморфным телам относятся стекло, смола,
	свойство твёрдых тел, называемое хрупкостью. Материал			канифоль, сахарный леденец и др.
	называют хрупким, если он разрушается при небольших		27	Аморфные тела занимают промежуточное положение	0
	деформациях. Изделия из стекла и форфора крупкие, так			между кристаллическими твёрдыми телами и жидкостями. Их
	как они разбиваются на куски при падении на пол даже с			атомы или моллекулы распологаются в относительном
	небольшой высоты. Чугун, мрамор, янтарь также обладают			порядке. Понимание структуры твёрдых тел
	повышенной хрупкостью, и, наоборот, сталь, медь, свинец			(кристаллических и аморфных) позволяет создавать
	не являются хрупкими. У всех хрупких материалов			материалы с заданными свойствами. Деформация твёрдого
	напряжение очень быстро растёт с увеличением			тела - изменение его формы или объёма. Растяните
	деформации, они разрушаются при весьма малых			резиновый шнур за концы. Очевидно, участки шнура
	деформациях. Так, чугун разрушается при относительном			сместятся друг относительно друга; шнур окажется
	удлинении e » 0,45%. У стали же при e » 0,45%			деформированным - станет длиннее и тоньше. Деформация
	деформация остаётся упругой и разрушение происходит при			возникает всегда, когда различные части тела под
	e » 15%. Пластичные свойства у хрупких материалов			действием сил перемещаются неодинаково.
	практически не проявляются. Даны более или менее точные		28	Шнур, после прекращения действия на него сил,	0
	определения упругости, пластичности и хрупкости			возвращается в исходное состояние. Деформации, которые
	материалов. Мы теперь лучше представляем, что			полностью исчезают после прекращения действия внешних
	обозначают эти слова, нередко встречающиеся в обиходной			сил называются упругими. Кроме резинового шнура,
	жизни.			упругие деформации испытывают пружина, стальные шарики
9	Проделаем опыт. Нам понадобятся кусок пластилина,	0		при столкновении и т.д. Теперь сожмите кусочек
	стеариновая свеча и электрокамин. Поставим пластилин и			пластилина. В ваших руках он легко примет любую форму.
	свечу на равных расстояниях от камина. По прошествии			Первоначальная форма пластилина не восстановится сама
	некоторого времени часть стеарина расплавится (станет			собой. Пластилин “не помнит” какая форма бы у него
	жидкостью), а часть - останется в виде твердого			сначала. Деформации, которые не исчезают после
	кусочка. Пластилин за то же время лишь немного			прекращения действия внешних сил, называются
	размягчится. Еще через некоторое время весь стеарин			пластическими. Пластическую деформацию, при небольших,
	расплавится, а пластилин - постепенно			но не кратковременных воздействиях испытывают воск,
	"разъедется" по поверхности стола, все более			клина, свинец.
	и более размягчаясь.		29	Дефомация растяжения (сжатия). Если к одному	0
10	Итак, существуют тела, которые при плавлении не	0		стержню, закреплённому одним концом, приложить силу F
	размягчаются, а из твердого состояния превращаются			вдоль оси стержня в направлении от этого конца ), то
	сразу в жидкость. Во время плавления таких тел всегда			стержень подвергнется дефомации растящения. Дефомацию
	можно отделить жидкость от еще не расплавившейся			растяжения характеризуют абсолютным удлиннением. Dl = l
	(твердой) части тела. Эти тела - кристаллические.			- l0 и относительным удлинением e = Dl / l0 где l0 -
	Существуют также твердые тела, которые при нагревании			начальная длинна, а l - конечная длинна стержня.
	постепенно размягчаются, становятся все более текучими.			Деформацию растяжения оспытывают тросы, канаты, цепи в
	Для таких тел невозможно указать температуру, при			подъёмных устройствах, стяжки между вагонами и т.д. При
	которой они превращаются в жидкость (плавятся). Эти			малых растяжениях (l0<< l), деформации
	тела называют аморфными.			большинства тел упругие.
11	Проделаем следующий опыт. В стеклянную воронку	0	30	Если на тот же стержень подействовать силой F,	0
	бросим кусок смолы или воска и оставим в теплой			направленной к закреплённому концу (рис. 3), то
	комнате. По прошествии примерно месяца окажется, что			стержень подвергнется деформации сжатия. В этом случае
	воск принял форму воронки и даже начал вытекать из нее			относительная деформация отрицательна: e< 0. При
	в виде "струи" (см. рисунок). В			растяжении или сжатии изменяется площадь поперечного
	противоположность кристаллам, которые почти вечно			сечения тела. Это можно обнаружить, если растянуть
	сохраняют собственную форму, аморфные тела даже при			резиновую трубку, на которую предварительно надето
	невысоких температурах обладают текучестью. Поэтому их			металлическое кольцо. При достаточно сильном растяжении
	можно рассматривать как очень густые и вязкие жидкости.			кольцо падает. При сжатии, наоборот, площадь
12	По своим физическим свойствам и молекулярной	0		поперечного сечения тела увеличивается.
	структуре твердые тела разделяются на два класса –		31	Деформация сдвига. Возьмём резиновый брусок с	0
	аморфные и кристаллические тела.			начерченными на его поверхности горизонтальнми и
13	характерной особенностью аморфных тел является их	0		вертикальными линиями и закрепим на столе. Сверху к
	изотропность, т. е. независимость всех физических			бруску прикрепим рейку и приложим к ней горизонтальную
	свойств (механических, оптических и т. д.) от			силу. Слои бруска ab, cd и др. Сдвинутся,оста-ваясь
	направления. Молекулы и атомы в изотропных твердых			параллельными, а вертикальные грани, оставаясь
	телах располагаются хаотично, образуя лишь небольшие			плоскими, наклонятся на угол g . Деформацию, при
	локальные группы, содержащие несколько частиц (ближний			которой происходит смещение слоёв тела друг
	порядок). По своей структуре аморфные тела очень близки			относительно друга, называют деформацией сдвига. Если
	к жидкостям.			силу F увеличить в два раза, то и угол g увеличится в 2
14	Примерами аморфных тел могут служить стекло,	0		раза. Опыты показывают, что при упругих деформациях
	различные затвердевшие смолы (янтарь), пластики и т. д.			угол сдвига g прямо пропорцианален модулю F приложенной
	Если аморфное тело нагревать, то оно постепенно			силы.
	размягчается, и переход в жидкое состояние занимает		32	Все деформации твёрдых тел сводятся к растяжению	0
	значительный интервал температур. В кристаллических			(сжатию) и сдвигу. При упругих деформациях форма тела
	телах частицы располагаются в строгом порядке, образуя			восстанавливается, а при пластических не
	пространственные периодически повторяющиеся структуры			восстанавливается. Тепловое движение вызывает колебания
	во всем объеме тела. Для наглядного представления таких			атомов (или ионов), из которых состоит твёрдое тело.
	структур используются пространственные кристаллические			Амплитуда колебаний обычно мала по сравнению с
	решетки, в узлах которых располагаются центры атомов			межатомными расстояниями, и атомы не покидают своих
	или молекул данного вещества..			мест. Поскольку атомы в твёрдом теле связаны между
15	Чаще всего кристаллическая решетка строится из	0		собой, их колебания происходят согласованно, так что по
	ионов (положительно и отрицательно заряженных) атомов,			телу с определённой скоростью распространяется волна.
	которые входят в состав молекулы данного вещества.		33	Для описания колебаний в твёрдых телах при низких	0
	Например, решетка поваренной соли содержит ионы Na+ и			температурах часто используют представления о
	Cl–, не объединенные попарно в молекулы NaCl (рис.			квазичастицах - фононах. По своим электронным свойствам
	3.6.1). Такие кристаллы называются ионными.			твёрдые тела разделяются на металлы, диэлектрики и
16	Рисунок 3.6.1. Кристаллическая решетка поваренной	0		полупроводники. Кроме того, при низких температурах
16	соли.	0		возможно сверхпроводящее состояние, в котором
17	В каждой пространственной решетке можно выделить	0		сопротивление электрическому току равно нулю.
	структурный элемент минимального размера, который		34	Конец.	0
	называется элементарной ячейкой. Вся кристаллическая
34	«Твёрдые вещества» \| Твёрдые вещества				0