Jak jsou částice v pevné látce: krystalová struktura, fyzikální vlastnosti

Jak jsou částice v pevné látce? Takové otázky jsou navštěvovány nejen teoretickými fyziky a školáky. Malé dítě, když začíná prozkoumávat okolní svět, si uvědomuje, že okolní předměty jsou nejen různé, ale i v kontaktu. Co odpovědět na tak zvědavý fidget?

Dějiny

Otázka, jak jsou částice uspořádány v pevných látkách, je obsazena mysli vědců od sedmnáctého století. Všechno to začalo tím, že bylo odvozeno několik empirických zákonů, které popisují vliv teplot, mechanické energie, světla a elektromagnetických vln na pevné těleso atd. Mezi ně patří:

• Ohmův zákon;
• Hookův zákon;
• Dulongův zákon;
• Franzův zákon a další.

V devatenáctém století byla formulována teorie elasticity, v níž byly pevná tělesa nejprve považována za kontinuální médium. Koncept krystalové struktury těl formuluje Auguste Brava. On, podle pořadí, byl inspirován díly Hauy, Newton, Bernoulli a Cauchy.

Popis

Abychom pochopili, jak jsou částice umístěny v pevných látkách, je třeba mít představu o tom agregativní stavy látek. Mohou být v krystalickém a amorfním stavu.

Krystaly jsou charakterizovány rovnoměrným rozdělením atomů, což je dosaženo díky rovnováze mezi molekulami a jejich uspořádáním do mříže. V jejich přirozeném tvaru jsou krystaly polyhedra.

Amorfní pevné látky jsou skupina libovolně uspořádaných molekul pevně propojených. Křišťálová mřížka v těchto tělech chybí, ale na malých vzdálenostech částice stále zachovávají určitou pořádek. Jako příklad můžete volat skleněný stav. Teoreticky každé amorfní tělo musí jít do krystalické formy, ale trvá nekonečně velké množství času. Na druhé straně takové tělo může být nazýváno tekutinou, která má vyšší viskozitu.

Klasifikace

V závislosti na tom, jak jsou částice umístěny v pevných látkách, závisí jejich fyzikální a chemické vlastnosti. A uspořádání atomů je přímo ovlivněno typem vazby mezi částicemi:

• ionické;
• kovalentní;
• kov;
• molekulární;
• vodík.

Všechny pevné látky lze rozdělit na ty, které vždy vedou elektrickou energii a lhostejné k ní. A také jsou ti, kteří vedou proud pouze za určitých podmínek.

1. Průvodci. Elektrony se volně pohybují skrz krystalovou mřížku a tvoří proud. Patří sem kovy.
2. Polovodiče. K tomu, aby se elektron pohyboval mezi atomy látky, je vyžadováno určité množství energie, proto proud prochází takovými materiály s obtížemi.
3. Dielektrika. K přesunu elektronu je zapotřebí velké množství volné energie, proto jsou takové látky nepropustné pro elektrický proud, například pryž nebo dřevo.

Fyzikální vlastnosti

Fyzika pevných látek závisí na symetrii uspořádání atomů a je vnímána jako reakce na působení určitých sil a polí. Existují tři hlavní typy expozice:

• mechanické;
• tepelné;
• elektromagnetické.

Struktura pevných látek určuje jejich mechanické vlastnosti: je to stres a deformace. Všechny pevné látky lze rozdělit na elastické, trvanlivé, technologické a reologické. Pod vlivem kapalin a plynů mohou také vykazovat hydraulické a plynové vlastnosti.

Interakce částic v tuhých látkách se může měnit pod vlivem vysokých nebo nízkých teplot, radiace, elektromagnetické vlny a další proudy částic.

Mechanické vlastnosti

Struktura pevných látek je taková, že v klidu udržují svůj tvar dobře, ale mohou je měnit pod podmínkou působení vnější síly. Vše závisí na tom, jak velká síla je na objekt.

Deformace může být elastická, pokud se tělo vrátí do původního tvaru po zastavení síly. Plast , když vnější síla po dlouhou dobu ovlivňuje pružné tělo a mění jeho tvar. Deformační deformace nastane, když aplikovaný náraz překročí mezní pevnost objekt. Na něm se objevují trhliny a poruchy.

Tepelné vlastnosti

Částice pevných látek, jako jsou kapaliny a plyny, mohou působit při teplotách, které mohou urychlovat nebo zpomalit jejich pohyb, protože i přes vnější invarianci formy atomy stále oscilují ve svých polohách v krystalové mříži.

Jednou z nejdůležitějších praktických vlastností pevných látek je bod tání, tj. Okamžik přechodu do jiného stavu agregace. Ve většině případů zahřívání pevných látek vede k jejich roztažení a chlazení - ke stlačení. Proto je pro inženýry velmi důležité znát tyto charakteristiky pro každý materiál používaný ve stavebnictví. Vzhledem k tomu, že neočekávané snížení dokonce o zlomek milimetru může mít katastrofální následky.

Magnetické a elektrické vlastnosti

Fyzika pevných látek zahrnuje přenos přes něj řízeným proudem elektronů a magnetických vln. Jak již bylo napsáno výše, všechny materiály jsou rozděleny na vodiče, polovodiče a dielektrikum, ale existují i ​​užší koncepty.

1. Superionika jsou krystaly, jejichž atomy jsou vázány iontová vazba. Mohou se pohybovat různými skupinami iontů.
2. Supravodiče jsou pevné látky, které vedou elektrický proud bez energie (to znamená bez odporu).
3. Pyroelektrika jsou materiály, které mají spontánní schopnost provádět elektřinu.
4. Ferromagnety jsou těla, ve kterých existuje spontánní magnetismus.

Barva tuhé látky určuje, jakou část viditelného spektra absorbuje materiál, který lámá a část paprsků se odráží. Vodiče často mají vysoký index lomu a odraz a dielektrika může být průhledná. Polovodiče jsou lépe schopné provést proud, když je zasáhne světlo.