тверді тіла

"Що здається нам дивом. Насправді таким не є!" - Симон Стевін
Але, що буде, якщо кота Шредінгера засунути в пляшку Клейна і обмотати все стрічкою Мебіуса.

«Клас! Ная фізика» - це class-fizika.spb.ru, class-fizika.narod.ru. class-fizika.ru.

Тверді тіла відрізняються сталістю форми і об'єму і діляться на кристалічні і аморфні.

кристалічні тіла

Кристалічні тіла (кристали) - це тверді тіла, атоми або молекули яких займають впорядковані положення в просторі.

Частинки кристалічних тіл утворюють в просторі правильну кристалічну просторову решітку.

Для кожної хімічної речовини, що знаходиться в кристалічному стані, відповідає певна кристалічна решітка, яка задає фізичні властивості кристала.

Багато років тому в Харкові на одному з неопалюваних складів лежали великі запаси білих олов'яних блискучих гудзиків. І раптом вони почали темніти, втрачати блиск і розсипатися в порошок. За кілька днів гори гудзиків перетворилися на купу сірого порошку. "Олов'яне чума" - так до прозвали цю «хворобу» білого олова.

А це була всього лише перебудова порядку атомів в кристалах олова. Олово, переходячи з білої різновиди в сіру, розсипається в порошок.

І біле і сіре олово - це кристали олова, але при низькій температурі змінюється їх кристалічна структура, а в результаті змінюються фізичні властивості речовини.

Кристали можуть мати різну форму і обмежені плоскими гранями.

У природі існують:

а) монокристали - це поодинокі однорідні кристали, що мають форму правильних багатокутників і володіють безперервної кристалічною решіткою

Монокристали кухонної солі.

б) полікрісталли - це кристалічні тіла, зрощені з дрібних, хаотично розташованих кристалів
Більшість твердих тіл має полікристалічну структуру (метали, каміння, пісок, цукор).

У кристалах спостерігається анізотропія - залежність фізичних властивостей (механічної міцності, електропровідності, теплопровідності, заломлення і поглинання світла, дифракції та ін.) Від напрямку всередині кристала.

Анізотропія спостерігається в основному в монокристалах.

У полікристалах (наприклад, у великому шматку металу) анізотропія в звичайному стані не проявляється.
Полікристали складаються з великої кількості дрібних кристалічних зерен. Хоча кожен з них має анізотропією, але за рахунок безладності їх розташування полікристалічне тіло в цілому втрачає анизотропию.

Будь-яке кристалічна речовина плавиться і кристалізується при строго певній температурі плавлення. залізо - при 1530 °, олово - при 232 °, кварц - при 1713 °, ртуть- при мінус 38 °.

Порушити порядок розташування в кристалі частки можуть, тільки якщо він почав плавитися.

Поки є порядок частинок, є кристалічна решітка - існує кристал. Порушився лад частинок - значить, кристал розплавився - перетворився в рідину, або випарувався - перейшов в пар.

Аморфні тіла не мають строгого порядку в розташуванні атомів і молекул (скло, смола, бурштин, каніфоль).

У амофних тілах спостерігається изотропия - їх фізичні властивості однакові в усіх напрямках.

При зовнішніх діях аморфні тіла виявляють одночасно пружні властивості (при ударах розколюються на шматки як тверді тіла) і текучість (при тривалому впливі течуть як рідини).

При низьких температурах аморфні тіла за своїми властивостями нагадують тверді тіла, а при високих температурах - подібні дуже вузькому рідин.

Аморфні тіла не мають певної температури плавлення. а значить, і температури кристалізації.
При нагріванні вони поступово розм'якшуються.

Аморфні тіла займають проміжне положення між кристалічними твердими тілами і рідинами.

Одне і те ж речовина може зустрічатися і в кристалічному і в некристалічних вигляді.

У рідкому розплаві речовини частинки рухаються абсолютно безладно.
Якщо, наприклад, розплавити цукор:

Якщо розплав застигає повільно, спокійно, то частинки збираються в рівні ряди і утворюються кристали. Так виходить цукровий пісок або кусковий цукор.

Якщо охолодження відбувається дуже швидко, то частки не встигають побудуватися правильними рядами і розплав твердне некристалічні. Так, якщо вилити розплавлений цукор в холодну воду або на дуже холодне блюдце, утворюється цукровий льодяник, некристалічний цукор.

З плином часу некристалічні речовина може «переродитися», або, точніше, закристалізуватися, частки в них збираються в правильні ряди.

Тільки термін для різних речовин різний: для цукру це кілька місяців, а для каменю - мільйони років.

Нехай льодяник полежить спокійно місяці два-трі.Он покриється пухкої скоринкою. Подивіться на неї в лупу: це дрібні кристалики цукру. У некристалічні цукрі почалося зростання кристалів. Зачекайте ще кілька місяців - і вже не тільки диплом, але і весь льодяник закрісталлізуется.

Навіть наше звичайне віконне скло може закристалізуватися. Дуже старе скло стає іноді абсолютно каламутним, тому що в ньому утворюється маса дрібних непрозорих кристалів.

На скляних заводах іноді в печі утворюється «козел», тобто брила кристалічного скла. Це кристалічна скло дуже прочное.Легче зруйнувати піч, ніж вибити з неї впертого «козла».
Дослідивши його, вчені створили новий дуже міцний матеріал зі скла - ситалл. Це стеклокристаллических матеріал, отриманий в результаті об'ємної кристалізації скла.

Можуть існувати різні кристалічні форми одного і того ж речовини.
Наприклад, вуглець.

Графіт - це кристалічний вуглець. З графіту зроблені стрижні олівців, які залишають слід на папері при легкому натисканні. Структура графіту шаруватих. Шари графіту легко зсуваються, тому лусочки графіту пристають до паперу при листі.

Але існує й інша форма кристалічного вуглецю - алмаз.

Так розташовані атоми вуглецю в кристалі графіту (зліва) і алмазу (праворуч).

Алмаз - найтвердіший на землі мінерал.

Алмазом ріжуть скло і розпилюють камені, застосовують для буріння глибинних свердловинах, полірують надтверді сплави, алмази необхідні для виробництва найтоншої металевого дроту діаметром до тисячних часток міліметра, наприклад, вольфрамових ниток для електроламп.