Универзитет „ Гоце Делчев “ - ШтипФакултет за природни и технички науки

профил – компијутерки дизјан

С е м и н а р с к а р а б о т апо

ф и з и к а

Тема: Ц в р с т о т е л о

Ментор: Изработиле:Проф.д-р Тодор Делипетров Наташа Декова 131497 Розалија Златева 131259 Александра Стојкова 131270 Ленче Самарџиева 131396 Стефанија Темелковска 131421

Кавадарци, Февруари 2012

С о д р ж и н а

Вовед ................................................................................................................... 3

1. Цврсто тело .................................................................................................... 4

1.1. Кристални и аморфни тела ........................................................................ 4

2. Енергија на кристална решетка .................................................................... 5

3. Деформација на цврсти тела ........................................................................ 6

3.1. Деформација на смакнување ..................................................................... 7

3.2. Деформација на ротација ........................................................................... 7

4. Граници на еластичност и цврстина, пластична деформација .................. 8

5. Специфична топлина на тврдо тело ............................................................. 8

6. Топење и испарување на тврдите тела ........................................................ 9

7. Абсорпција и адсорпција на гас со тврдо тело .......................................... 10

8. Користена литература .................................................................................. 11

2

В о в е д

Супстанците во цврста агрегатна состојба имаат и сопствена форма и

сопствен волумен. Меѓутоа, некои од нив имаат правилна внатрешна градба, а

некои иако имаат правилна надворешна форма, немаат правилна внатрешна

градба. Супстанците со правилна внатрешна градба се викаат кристали, додека

оние со неправилна се викаат аморфни супстанци. Всушност, кај овие супстанци

постои средена структура само во мал дел од супстанцата. Тие се среќаваат

поретко од кристалните. Ковалентните соединенија во цврста агрегатна состојба

градат молекулски и атомски кристали.

Молекулски кристали се оние кристали кај кои градбени единки во

кристалот се молекули. Овие молекули во кристалот се држат меѓу себе или со

водородни врски, или со ван дер Ваалсови привлечни сили. Примери за вакви

кристали се мраз, јод, сулфур, нафтален итн. Градбените единки во атомските

ковалентни кристали се атоми кои меѓу себе се поврзани со ковалентни врски.

Примери за вакви кристали се дијамант, силициум карбид, силициум диоксид,

бор нитрид и други. Бидејќи ковалентните врски се доста силни, ваквите

супстанци се одликуваат со голема тврдина, со високи температури на топење и

не се раствораат во вода.

3

1. Ц в р с т о т е л о

1.1 Кристални и аморфни тела

Цврстите тела по своите физички особини се делат на два типа и тоа:

а) кристални тела

б) аморфни тела

а) Кристални тела: Основна особина на кристалната состојба на материјата е

анизотропијата, која се состои во тоа што хомогено тело има различни својства во

различни правци ( на пр: ширењето на топлината, електричните својства,

оптичките, механичките и други особини). Нјакарактеристична особина е неговата

правилна геометриска ( кристална ) форма.

Сл. 1. Кристал на кварц Сл. 1а. Кристал на стипса

б) Аморфни тела: тие во сите правци се изотропни, односно имаат исти

особини.

При топењето, односно припремин од цврста во течна состојба, кристалите

и аморфните тела различно се однесуваат. Секое кристално тело има точно

одредена точка на топење.

Видови на решетки:

4

Јонски;

атомски;

молекуларни;

метални решетки.

Постоењето на стабилна рамнотежа на кристалот укажува дека при компресија

настануват одбојни сили, а при екстензија привлечни сили, односно кога се на

некое r 0 – растојание карактеристично за даден кристал тие две сили се во

рамнотежа.

Молекуларната решетка е составена од молекули, а

Металната решетка е составена од позитивни јони, а електроните се во

форма на облак и затоа се добри проводници на електрична енергија, имаат

карактеристичен металичен сјај.

2. Енергија на кристална решетка

Потенцијалната енегрија Ep на кристалната решетка може да се престави во

форма:

Еp = c 'r k 1

+ c ' 'r k 2

(1)

Првиот (I) член е на силите на привлекување, а вториот (II) на силите на

одбивање. Теоријата на кристалната

решетка ја развил Борн, и други

физичари. Ако се земаат експонантите k1

и k2 во формулата (1) можат да се

пресметаат еластичните особини на

кристалот, енергијата на стварање на

кристалот, неговите оптички особини итн.

За јонски решетки k1 = 1, а k2 = 9 за

ковалентни k2 има поголема вредност.

Потенцијалната енергија Еp е

еднаква на работата потребна да се

изврши за јонот да ја напушти

кристалната решетка.

5

3. Деформација на цврсти тела

Под дејство на надворешни сили секое цврсто тело се деформира, односно

го менува својот облик. Деформацијата која се губи со престанување на дејството

на силата се вика еластична. Според Хук-овиот закон деформацијата Δх е

пропорционална на силата f која дејствува:

Δх = kf (1)

к – константа за дадена деформација за некое тврдо тело.

Ако разгледуваме деформација на шипка (силите на компресија ќе ги

земиме со негативен знак, а силите на екстензија со позитивен).

Δ l – апсулутна промена

ΔlL

– релативна промена

Δ l – издолжување, скратување

L – должина на телото

S – попречен пресек на телото

fn –аксијална сила

fnS

= Pn (притисок) ; ΔlL

= α ; fnS

= α Pn (2)

α – коефициент на еластичност (зависи од видот на материјалот од која е

направена шипката).

Е = 1α

модул на еластичност или Јунгов модул

ΔlL

= 1Е

Pn ; α = ΔL/LPn

; Е = PnΔL/L

(3)

Ако на шипка со должина L0 и дејсвува напон Pn таа се издолжува за Δ l,

новата должина (деформираната должина) на шипката е:

L = L0 + Δ L; Δ L = α L0 Pn тогаш L = α L0 Pn + L0 или: L= L0 (1+α Pn ).6

3.1. Деформација на смакнување

Деформацијата на лизгање се врши по дејство на сила ft, која е

тангенцијална во однос на површината на која дејствува.

fn - нормална сила (аксијална сила)

ft - тангенцијална сила

За мал агол Ψ е, Ψ = bb 'd

Ψ – агол на лизгање

Ψ = n ftS

= n τ ; τ= ftS

n – коефициент на лизгање зависи само од видот на материалот

S – површина на која дејствува силата ft

τ– тангенционален напон

1n

= G модал на лизгање

Ψ = 1G

τ

За повеќе хомогени изотрпни тела модулот на лизгање е:

G = 14

E

3.2. Деформација на ротација

Ако се набљудува тело во форма на цилиндар (како на сликата) и нека тоа

е изложено на деформација на ротација, под дејство на момент на ротацијата М,

на долната база на цилиндарот:

ОА = p ; ОО = L

ΨL

= cM

M – момент на завртување

Ψ – агол на ротација

7

c – константа на пропорционалност, зависи од видот на материалот и дебелината

на телото.

Аголот на лизгање Ψ е: Ψ = τG

4. Граници на еластичност и цврстина, пластична деформација

Деформациите на тврдо тело се однесуваат според Хук-овиот закон до

некоја граница (граница на еластично однесување на телата).

а = Оb – интервал на еластичност

b – граница на еластичност

bd – интервал на пластична деформација

d – точка на лом – граница на цврстина

Графика на истегнување на железото

Тело пластично се деформира, ако по престанувањето на дејството на

силата, телото има некоја заостаната деформација. Телото еластично се

деформира ако по престанувањето на дејството на силата престанува и

деформацијата на телото.

5. Специфична топлина на тврдо тело

Внатрешната енергија на тврдо тело е енергијата на асцилација на

елементарните делови на решетката и нивната вземна потенцијална енергија. На

доволно високи температури кај едноставни решетки за секој атом може да се

земе дека има три степени на слобода I = 3, тогаш:

Eк = i2

k T = 32

k T

Ēk + Ēp = 2 Ēk = Ē = 3 k T

За еден mol на тврдо тело, внатрешната енергија е:

8

U = N Ē = 3 NkT = 3 RT

Ако C = 3R; U = CT; C – атомска специфична топлина, која за сите

едноставни кристали на доволно високи температури изнесува C = 6 cal / 0C mol.

Ако кристалната решетка е изградена од молекули важи Џаул-Копов-иот

закон за моларна специфична топлина на тврди соединенија. Таа е еднаква на

збирот на атомските специфични топлини на елементите кој влегуваат во составот

на тие соединенија.

6. Топење и испарување на тврдите тела

Процесот на премин од тврда состојба во течна е поврзан со трошење на

енергија (топлина на топење која мора да се донесе). При втрднувањето на

течноста оваа енергија (топлина на топење) се ослободува во форма на топлина.

Ако топењето на супстанцата е пратено со зголемување на волуменот

(најчест пример) тогаш при зголемување на притисокот се зголемува и

температурата на топење, супстанцата која е веке стопена со зголемување на

притисокот може пак да се стврдне.

Ако топењето на супстанцата е пратено со намалување на волуменот (мраз,

бизмут, антимон, ретки примери), тогаш со зголемување на притисокот на

температурата на топење се намалува, тело кое е веќе стврднато може со

зголемување на притисокот поново да се стопи.

9

Зависност на точката на топење од Трајна точка: 1-цврста, 2-течна фаза;

составот на легурата 3-гасна фаза

7. Абсорпција и адсорпција на гас со тврдо тело

Адсорпција е прилепување на тенок слој гас по површината на тврдо тело

(поради сили на привлекување кои се јаки на мали растојаниа).

Абсорпција е впивање на гасот во тврдо тело.

Адсорпцијата на тврдото тело е можна и со течност.

10

8. Користена литература

Физика – рударско геолошки факултет Штип, Д-р Т. Делипетров Интернет www.wikipedia.com

11