Аморфные тела картинки, 🗊Кристаллические и Аморфные тела.
Конференции СПб. Слайд 1. Функция радиального распределения принимает максимальные значения вблизи значений r , соответствующих наиболее вероятным межатомным расстояниям, и проходит через минимум между этими положениями. Торцы его строго параллельны друг другу.
Некоторые материалы могут существовать как в аморфном, так и в кристаллическом состоянии. Стекло, пластмассы, смола, канифоль, янтарь, резина, кожа и целлюлоза — вот некоторые примеры аморфных веществ, которые образуются, когда расплав остывает слишком быстро, чтобы атомы успели расположиться на своих местах.
Кроме того, полимеры и другие органические соединения также принимают такую форму. Однако со временем эти вещества могут кристаллизоваться — хотя такой процесс при комнатной температуре может занять столетия или даже тысячелетия.
Аморфные материалы, как правило, слабее своих кристаллических собратьев, поэтому распространена практика намеренной кристаллизации материалов, чтобы сделать их более прочными. Аморфные твердые вещества отличаются тем, что у них нет стабильной точки плавления. При повышении температуры они размягчаются и в конце концов переходят в жидкое состояние. Вместо того чтобы говорить об одной точке плавления, физики обсуждают диапазон температур, в котором происходит это превращение.
Этот постепенный переход из одной фазы в другую вызван размягчением аморфного материала. Некристаллические вещества, такие как смолы и воски, отличаются от ионных молекул, таких как каменная соль, отсутствием структуры кристаллической решетки.
Эти материалы характеризуются низкой текучестью и могут изменять свою форму, если их не трогать в течение длительного времени. Это видно, если посмотреть на открытое в течение некоторого времени стеклянное окно; можно заметить, что нижняя часть кажется толще, что объясняется тем, что аморфные твердые вещества медленно мигрируют вниз под действием силы тяжести.
Под воздействием внешних сил эти структуры способны демонстрировать характеристики как твердых тел, так и жидкостей. При воздействии они приобретают свойства твердого тела и распадаются на мелкие фрагменты. Это явление известно как изотропия аморфных твердых тел, означающая, что их физические свойства остаются неизменными независимо от ориентации, будь то механическая, электрическая, оптическая или тепловая.
При постоянном воздействии внешнего давления они становятся диссипированными — аналогично тому, что происходит при воздействии смолы на эти факторы. При более низких температурах аморфные вещества проявляют свойства, сходные с кристаллами — они не текут, но постепенно размягчаются при повышении температуры и приобретают качества, связанные с жидким состоянием.
Уровень энергии в аморфной форме выше, чем в твердой, поэтому она обладает потенциалом для кристаллизации — как, например, при потемнении стекла с течением времени. Этот процесс может занять много лет. Вещества, которые вряд ли образуют кристаллы даже при наличии анизотропных эффектов, таких как интенсивное давление или электрическое поле, можно классифицировать как стабильные аморфные тела. В качестве примера можно привести парафин, воск, сургуч, шоколад, стекло, смолы, оргстекло и различные виды пластмасс.
С другой стороны, жидкие кристаллы обычно представляют собой органические соединения с волокнистым или пластиноподобным расположением молекул с точки зрения их химической структуры. Заказать звонок. Новосибирск, ул.
Выделяют пять классов твёрдых тел в зависимости от типа связи между атомами [2] :. По виду зонной структуры твёрдые тела классифицируют на проводники , полупроводники и диэлектрики.
По магнитным свойствам твёрдые тела делятся на диамагнетики , парамагнетики и тела с упорядоченной магнитной структурой [1].
Диамагнетические свойства, которые слабо зависят от агрегатного состояния или температуры, обычно перекрываются парамагнитными, которые являются следствием ориентации магнитных моментов атомов и электронов проводимости. Парамагнетики переходят в ферромагнетики , антиферромагнетики или ферримагнетики при понижении температуры [2]. Несмотря на то, что твёрдые тела металлы, минералы исследовались давно, всестороннее изучение и систематизация информации об их свойствах началось с XVII века.
Начиная с этого времени был открыт ряд эмпирических законов , которые описывали влияние на твёрдое тело механических сил, изменения температуры, света, электромагнитных полей и т.
Были сформулированы:. Уже в первой половине XIX века были сформулированы основные положения теории упругости, для которой характерно представление о твёрдом теле как о сплошной среде. Целостное представление о кристаллической структуре твёрдых тел, как совокупности атомов, упорядоченное размещение которых в пространстве обеспечивается силами взаимодействия было сформировано Огюстом Браве в году, хотя первые идеи такого рода высказывались в трактатах Николаса Стено , Рене Жюста Гаюи , Исааком Ньютоном в работе « Математические начала натуральной философии » , в которой рассчитана скорость звука в цепочке упруго связанных частиц, Даниилом Бернулли , Огюстеном Луи Коши и другими.
При повышении температуры твёрдые тела переходят в жидкое или газообразное состояние. Переход твёрдого тела в жидкость называется плавлением , а переход в газообразное состояние, минуя жидкое, — сублимацией. Переход к твёрдому телу при понижении температуры — кристаллизация , к аморфной фазе — стеклование. Существуют также фазовые переходы между твердотельными фазами, при которых изменяется внутренняя структура твёрдых тел, становясь упорядоченной при понижении температуры.
Исключение составляет гелий , для кристаллизации которого необходимо давление 24 атм [2]. Под физическими свойствами твёрдых тел понимается их специфическое поведение при воздействии определённых сил и полей. Существует три основных способа воздействия на твёрдые тела, соответствующие трём основным видам энергии: механический , термический и электромагнитный. Соответственно выделяют три основные группы физических свойств. Механические свойства связывают механические напряжения и деформации тела, согласно результатам широких исследований механических и реологических свойств твёрдых тел, выполненных школой академика П.
Ребиндера , можно разделить на упругие, прочностные, реологические и технологические. Кроме того, при воздействии на твёрдые тела жидкостей или газов проявляются их гидравлические и газодинамические свойства. К термическим относят свойства, которые оказываются под воздействием тепловых полей. В электромагнитные свойства условно можно отнести радиационные, проявляющиеся при воздействии на твёрдое тело потоков микрочастиц или электромагнитных волн значительной жёсткости рентгеновских лучей, гамма-лучей.
Легчайшим известным твёрдым материалом является аэрогель. В покое твёрдые тела сохраняют форму, но деформируются под воздействием внешних сил. В зависимости от величины приложенной силы деформация может быть упругой, пластической или разрушительной.
При упругой деформации тело возвращает себе первоначальную форму после снятия приложенных сил. Отзыв твёрдого тела на прилагаемое усилие описывается модулями упругости. Отличительной особенностью твёрдого тела по сравнению с жидкостями и газами является то, что оно сопротивляется не только растяжению и сжатию, а также сдвигу , изгибу и кручению.
При пластической деформации начальная форма не сохраняется. Характер деформации зависит также от времени, в течение которого действует внешняя сила. Твёрдое тело может деформироваться упруго при мгновенном действии, но пластически, если внешние силы действуют длительное время. Такое поведение называется ползучестью. Одной из характеристик деформации является твёрдость тела — способность сопротивляться проникновению в него других тел. Каждое твёрдое тело имеет присущий ему порог деформации , после которого наступает разрушение.
Свойство твёрдого тела сопротивляться разрушению характеризуется прочностью. При разрушении в твёрдом теле появляются и распространяются трещины , которые в конце концов приводят к разлому. К механическим свойствам твёрдого тела принадлежит также его способность проводить звук , который является волной, переносящий локальную деформацию с одного места в другое. В отличие от жидкостей и газов в твёрдом теле могут распространяться не только продольные звуковые волны, но и поперечные, что связано с сопротивлением твёрдого тела деформации сдвига.
Скорость звука в твёрдых телах в целом выше, чем в газах, в частности в воздухе, поскольку межатомное взаимодействие гораздо сильнее. Скорость звука в кристаллических твёрдых телах характеризуется анизотропией , то есть зависимостью от направления распространения.
Важнейшим тепловым свойством твёрдого тела является температура плавления — температура, при которой происходит переход в жидкое состояние.
Другой важной характеристикой плавления является удельная теплота плавления.
В отличие от кристаллов, в аморфных твёрдых телах переход к жидкому состоянию с повышением температуры происходит постепенно. Его характеризуют температурой стеклования — температурой, выше которой материал почти полностью теряет упругость и становится очень пластичным. Изменение температуры вызывает деформацию твёрдого тела, в основном повышение температуры приводит к расширению. Количественно она характеризуется коэффициентом теплового расширения.
Теплоёмкость твёрдого тела зависит от температуры, особенно при низких температурах, однако в области комнатных температур и выше, множество твёрдых тел имеют примерно постоянную теплоёмкость закон Дюлонга — Пти.
Переход к устойчивой зависимости теплоёмкости от температуры происходит при характерной для каждого материала температуре Дебая. От температуры зависят также другие характеристики твердотельных материалов, в частности механические: пластичность, текучесть, прочность, твёрдость.
В зависимости от величины удельного сопротивления твёрдые тела разделяются на проводники и диэлектрики , промежуточное положение между которыми занимают полупроводники. Полупроводники имеют малую электропроводность, однако для них характерен её рост с температурой. Электрические свойства твёрдых тел связаны с их электронной структурой.
Для диэлектриков свойственна щель в энергетическом спектре электронов, которую в случае кристаллических твёрдых тел называют запрещённой зоной.
Это область значений энергии, которую электроны в твёрдом теле не могут иметь. В диэлектриках все электронные состояния, ниже щели заполнены, и благодаря принципу Паули электроны не могут переходить из одного состояния в другое, чем обусловлено отсутствие проводимости.
Проводимость полупроводников очень сильно зависит от примесей — акцепторов и доноров. Существует определённый класс твёрдых тел, для которых характерна ионная проводимость.
Эти материалы называют супериониками. В основном это ионные кристаллы , в которых ионы одного сорта могут достаточно свободно двигаться между незыблемой решёткой ионов другого сорта. При низких температурах для некоторых твёрдых тел свойственна сверхпроводимость — способность проводить электрический ток без сопротивления. Существует класс твёрдых тел, которые могут иметь спонтанную поляризацию — пироэлектрики.
Если это свойство характерно только для одной из фаз, что существует в определённом промежутке температур, то такие материалы называются сегнетоэлектриками.
Для пьезоэлектриков характерна сильная связь между поляризацией и механической деформацией. Ферромагнетикам свойственно существование спонтанного магнитного момента. Оптические свойства твёрдых тел очень разнообразны.
Металлы, в основном, имеют высокий коэффициент отражения света в видимой области спектра, многие диэлектрики прозрачные, как, например, стекло.
