ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Механические и тепловые свойства твердых тел из "Введение в физику твердого тела " Подавляющее большинство неорганических веществ вблизи комнатной температуры находится в твердом состоянии, а для твердых тел обычным и устойчивым является кристаллическое. Твердые с житейской точки зрения стек- ло и застывшая смола в действительности являются переохлажденными жидкостями. [c.5] Кристаллы характеризуются упорядоченным расположением образующих их частиц. Большинство твердых тел представляет собой 1Крйсталлы. Жидкие и твердые тела различаются в структурном отношении жидкость характеризуется наличием только ближнего порядка, а в кристаллах ближний порядок переходит в дальний, т. е. упорядоченность распространяется на весь объем твердой фазы. [c.5] Важность применения понятия фазы к твердому состоянию заключается в том, что в качестве характеристики всех свойств твердого вещества, за исключением молекулярных кристаллов (например, йоД), выступает фаза. Применение понятия фазы к веществу в стеклообразном состоянии условно, так как не выполняется один из основных критериев термодинамического определения ее—равновесность системы (стеклообразное состояние менее стабильно). В качестве первого приближения рассмотрим вещество в твердом состоянии как абсолютно твердое тело. [c.5] Рассмотрим теперь более высокое приближение, сущность которого сводится к тому, что допускаются малые относительные смещения точек твердого тела, но исключим из рассмотрения поступательное движение или вращение тела как целого. [c.6] Необходимо отметить, что направление бт] не обязательно должно совпадать с направлением. с1х. Действительно, можно представить себе деформацию, при которой дц перпендикулярно бх. Тацая деформация тоже определяется выражением в = dl /dx, но называется деформацией сдвига (рис. 2). [c.7] В действительности возможны и любые промежуточные направления, поэтому величины dц и dx — векторные. В таком случае величина е устанавливает соотношение между двумя векторами и представима в виде матрицы с тремя столбцами и тремя строками. [c.7] если тело твердое, число переменных, необходимых для описания равновесного состояния системы, больше, чем при газообразном. Далее будут рассмотрены только те случаи, когда достаточно двух переменных — простого растяжения или простого сдвига в одном направлении. [c.8] Значения Е. в случаях растяжения и сжатия равны между собой и не совпадают в общем случае с С. Модуль упругости, Е (модуль Юнга) и модуль сдвига С зависят от сорта материала. Результаты опыта показали, что в твердых телах Е и С приблизительно постоянны, т. е. не зависят от напряжений в довольно широком интервале их значений. [c.8] Требование постоянства Е влечет за собой утверждение того, что рассматриваемый материал подчиняется закону Гу-к а, т. е. удлинение пропорционально приложенной силе. Поскольку величина к зависит от размеров тела (параметров А и х), то больший интерес для теории представляет модуль Юнга Е. [c.8] Подобно модулю Юнга Е, коэффициент а приблизительно постоянен для твердого тела вблизи комнатной температуры. [c.9] АТ = 0 снова получаем уравнение (1.2), а при 8 = 0 — уравнение (1.4). [c.9] Так как при росте давления Р объем У уменьшается, то величина р всегда положительна. Модуль всестороннего сжатия для твердых тел можно и шерять так же, как и для газообразных. Модуль всестороннего сжатия твердого тела будет иметь тот же порядок величины, что модуль Юнга и модуль сдвига. Все эти модули имеют размерность давления или напряжения. [c.10] Отметим еще раз, что для газа Е и О равны нулю. Газ не может испытывать отрицательного давления (эквивалентно равному растяжению во всех направлениях), потому что-он заполняет любой объем, а твердое тело этого сделать не может. [c.10] Жидкость похожа на газ тем, что Е и О также равны нулю, ее форму можно изменять как угодно, не применяя особого напряжения. И все же жидкость более всего похожа на твердое тело. Коэффициент теплового расширения ее и сжимаемость обычно имеют значения намного меньшие, чем соответствующие коэффициенты газов. Жидкость к тому же может испытывать небольшое отрицательное давление, чем и объясняется появление кавитации. [c.10] Одна из задач теории упругости твердых тел — вычисление модулей упругости и установление связи этих феноменологических параметров с фундаментальным взаимодействием атомов в твердом теле. [c.10] Для твердых тел обычным и устойчивым состоянием является кристаллическое. Характеризуются кристаллы упорядоченным расположением частиц в строго определенных точках пространства. Если эти точки соединить пересекающимися прямыми линиями, получится пространственный каркас, называемый кристаллической решеткой. Точки, в которых находятся частицы, входящие в состав кристалла,, называются узлами кристаллической решетки. Ионы, атомы и молекулы в узлах решетки совершают малые колебания (простейшая физическая модель — набор гармонических осцилляторов). [c.11] Большинство кристаллических материалов в действительности ЯВ.ЛЯЮТСЯ поликристаллическими, для которых характерно не строго периодическое расположение частиц, однако имеются небольшие области, внутри которых они расположены периодично. Такие пространственные области называются зернами. Следовательно, каждре зерно представляет собой кристалл, однако на гранях зерен ориентация кристал.лической структуры меняется. Обычный кусок металла — это поликристалл, размеры зерен которого составляют, как правило, доли миллиметра. [c.11] Конденсированное состояние, которым отличаются твердые тела и жидкости, не случайно рассматривается обособленно от состояния газа. Дело в том, что в твердых телах и жидкостях наблюдается так называемый ближний порядок, под которым следует понимать упорядоченное расположение частиц на расстоянии порядка нескольких единиц или десятков ангстрем, обусловленное более сильным взаимодействием частиц по сравнению с паровой фазой. [c.11] Жидкость имеет много общего с твердым телом. Компактное расположение частиц обусловливает высокую плотность и малую сжимаемость по сравнению с газами. Структура и внутреннее строение жидких и твердых тел во многом схожи и характеризуются упорядоченным расположением частиц. У кристаллических твердых тел упорядочение распространяется на огромное количество межатомных расстояний, т. е. ближний порядок переходит в дальний. [c.11] Жидкость при любых малых усилиях легко изменяет свою форму, что проявляется в текучести. Естественно, что текучесть (обратная ей величина —вязкость) различных жидкостей меняется в широких пределах. Жидкостям с весьма высокой вязкостью (ряд битумов) свойственно разрушение (подобно твердым телам) при резком приложении нагрузки, тогда как постепенное и непрерывное увеличение нагрузки позволяет обнаружить у них текучесть. [c.12] Вернуться к основной статье