Како су честице у чврстим материјама: кристална структура, физичка својства

Како су честице у чврстом стању? Таква питања не посећују само физичари теоретичари и ученици. Мало дете, када почне да истражује свет око себе, схвата да се околни објекти не разликују само по изгледу, већ иу контакту. Шта одговорити на такву радозналост?

Хистори оф

Питање како су честице распоређене у чврстим материјама заузимају умови научника од седамнаестог века. Све је почело са чињеницом да је изведено неколико емпиријских закона који описују утицај на чврста тела температуре, механичку енергију, светлосне и електромагнетне таласе, итд.

• Охмов закон;
• Хооков закон;
• Дулонг лав;
• Франзов закон и други.

У деветнаестом веку формулисана је теорија еластичности, у којој су се чврста тела прво сматрала континуираним медијумом. Концепт кристалне структуре тела формулише Аугусте Брава. Он је, пак, био инспирисан радовима Хауија, Њутна, Бернулија и Кошија.

Десцриптион

Да би се разумело како се честице налазе у чврстом стању, потребно је имати идеју о томе агрегатна стања супстанци. Они могу бити у кристалном и аморфном стању.

Кристале карактерише равномерна расподела атома, што се постиже услед равнотеже између молекула и њиховог распоређивања у решетку. У свом природном облику, кристали су полиедри.

Аморфне чврсте материје су група произвољно распоређених молекула чврсто међусобно повезаних. Цристал латтице у таквим телима је одсутно, али на малим удаљеностима честице још увијек задржавају одређену правилност. Као примјер, можете назвати стакласто стање. У теорији, свако аморфно тело мора ићи у кристални облик, али то траје бескрајно много времена. С друге стране, такво тело се може назвати флуид који има већу вискозност.

Класификација

У зависности од тога како се честице налазе у чврстим материјама, њихове физичке и хемијске особине зависе. А распоред атома је директно под утицајем типа везе између честица:

• ионски;
• ковалентна;
• метал;
• молекуларна;
• водоник.

Све чврсте материје могу се подијелити на оне које увијек проводе електричну енергију, и равнодушне су према њој. Такође постоје и они који воде струју само под одређеним условима.

1. Гуидес. Електрони се слободно крећу кроз кристалну решетку, формирајући струју. То укључује метале.
2. Семицондуцторс. Да би се електрон кретао између атома неке супстанце, потребна је одређена количина енергије, тако да струја кроз такве материјале тешко пролази.
3. Диелецтрицс. За помицање електрона потребна је велика количина слободне енергије, па су такве супстанце непропусне за електричну струју, на примјер, гуму или дрво.

Пхисицал пропертиес

Физика чврстог стања зависи од симетрије распореда атома и перципира се као реакција на деловање одређених сила и поља. Постоје три главне врсте изложености:

• механички;
• топлотна;
• електромагнетни.

Структура чврстих материја одређује њихове механичке особине: стрес и деформације. Све чврсте материје се могу поделити на еластичне, трајне, технолошке и реолошке. Под утицајем течности и гасова, они такође могу имати хидрауличка и гасно-динамичка својства.

Интеракција честица у чврстим материјама може да се промени под утицајем високих или ниских температура, зрачења, електромагнетни таласи и друге токове честица.

Механичке особине

Структура чврстих материја је таква да, док су у мировању, добро одржавају свој облик, али могу да га промене, подложно утицају спољашње силе. Све зависи од тога колико је сила примењена на објекат.

Деформација може бити еластична ако се тело врати у првобитни облик након престанка силе. Пластика , када вањска сила дуго времена утјече на еластично тијело и мијења његов облик. Деструктивна деформација настаје када примењени удар прелази граница снаге објекат. На њему се појављују пукотине и сметње.

Топлинска својства

Честице чврстог материјала, као што су течности и гасови, под утицајем температуре могу убрзати или успорити своје кретање, јер, упркос спољашњој инваријантности форме, атоми и даље осцилирају у својим положајима у кристалној решетки.

Једно од најважнијих практичних својстава за чврсте материје је тачка топљења, односно тренутак преласка у друго агрегатно стање. У већини случајева, загревање чврстог материјала доводи до његовог ширења, а хлађење - до компресије. Због тога је веома важно да инжењери знају ове карактеристике за сваки материјал који се користи у грађевинарству. Будући да необјашњено смањење чак дјелића милиметра може довести до катастрофалних посљедица.

Магнетна и електрична својства

Физика чврстог стања подразумева пренос кроз њу усмереног тока електрона и магнетних таласа. Као што је већ речено, сви материјали су подељени на проводнике, полупроводнике и диелектрике, али постоје и ужи концепти.

1. Суперионици су кристали чији су атоми везани ионска веза. Могу да померају различите групе јона.
2. Суперпроводници су чврсте материје које проводе електричну струју без енергије (тј. Без отпора).
3. Пироелецтрицс су материјали који имају спонтану способност да воде струју.
4. Ферромагнети су тела у којима постоји спонтани магнетизам.

Боја чврстог тела одређена је којим делом видљивог спектра материјал апсорбује, који се прелама, а део зрака се рефлектује. Проводници често имају висок индекс рефракције и рефлексију, а диелектрици могу бити транспарентни. Полупроводници су боље у стању да проводе струју када их свјетлост погоди.