Кристалл және аморфты денелер
Ұқсастықтары және айырмашылықтары. Физикада қатты дене деп тек кристалл денелерді айтады. Аморфты денелердің сырт қарағанда көлемін және пішінін сақтауы оларды қатты дене етіп көрсеткенімен, бұл денелер өте тұтқыр сұйық деп қарастырылады. Температура жоғарылаған сайын олардың сұйыққа тән қасиеттері бірден көріне бастайды, бірте-бірте еріп, сүйықтың барлық қасиеттеріне ие болады.
Аморфты денелер – изотропты. Кристалдың қасиеттері әр түрлі бағыттарда түрліше болады. Кристалдар – анизотропты.
Аморфты денелер. Атомдарының ретті орналасуы алыс қашықтықтарда да қайталанып отыруымен сипатталатын кристалдық денелерден аморфты денелердің айырмашылығы, мұнда тек жуық тәртіп қана орын алады. Кейбір заттар кристалл және аморфтық түрде де бола алады.
Кристалдар. Өзінің формасын да, көлемін де сақтайтын затты қатты дене деп атайтынымыз белгілі. Бірақ бұлар заттың қатты күйін тек сыртқы түріне қарап қана сипаттайды. Физикалық тұрғыдан алғанда біз бұл белгілеріне қарап қатты күйді сұйық күйден айыра аламыз.
Кристалдардың ішкі құрылымсын рентген сәулелерінің көмегімен зерттеулер олардағы бөлшектердің (молекулалар, атомдар және иондардың) дұрыс орналасатынын көрсетті, яғни олар кристалдық (кеңістіктік) тор түзейді. Кристалдық тордағы қатты дененің бөлшектерінің ең орнықты тепе-теңдік қалпына сәйкес нүктелері тордың түйіндері деп аталады.
Кеңістіктік тор. Криталдағы бөлшектердің дұрыс орналасуын кристалдардың кейбір қасиеттерінің бағытқа тәуелділігі, яғни анизотропиясы шығады.
Анизотропия қасиетінің тек монокристалдарға ғана тән болатындығын да айта кетейік. Қатты денелердің көпшілігінің құрылымы поликристалды (грек. поли — көп), яғни микроскоппен ғана көруге болатын өте ұсақ кристалдардың жиынтығынан тұрады. Поликристалды денелер мен аморфты денелердің айырмашылығы мынада: поликристалдық денелердің анизотропия байқалатын өте кішкентай бөлігін бөліп алуға болады, ал аморфты денелердің кез-келген бөлігін қарастырсақ та, ол әрқашан изотропты.
Кристалдық құрылымдардың түрлері. Кристалдардың әр түрлі типтерін және кристалдық торда орналасу мүмкіндіктерін кристаллография зерттейді. Кристал торының түйіндерінде орналасқан бөлшектер арасында әрекет ететін күштердің сипаты бойынша кристалдық құрылымдарды төрт түрге бөледі: иондық, атомдық, молекулалық және металдық.
Тор түйіндерінде бейтарап атомдардың болуымен сипатталатын құрылым, атомдық кристалдық құрылым деп аталады. Олар коваленттік байланысқан. Коваленттік байланыс деп іргелес орналасқан екі атомның өзара екі валенттік электрондар алмасуы кезінде туатын тартылыс күшінің салдарынан пайда болатын байланысты атайды.
Деформацияның түрлері. Қайсыбір себептердің әрекетінен дене пішінінің (формасының) немесе көлемінің өзгеруін деформация деп атайды.
- Түсірілген күштің әрекетінен дене ұзындығының бір бағытта созылуын бойлық созылу деформациясы деп атайды.
- өзін бір бағытта сығып жатқан күштің әрекетінен дене ұзындығының кемуі бойлық сығылу деформациясы деп атайды.
- Денені барлық бағытта созып жатқан күштің әрекетінен дене көлемінің ұлғаюы барлық жаққа созылу деформациясы деп аталады.
- Жан-жақтан сығатын күштің әрекетінен дене көлемінің кемуі барлық жақтан сығылу деформациясы деп аталады.
- осіне перпендикуляр күштің әрекетінен шыбықтың майысуы көлденең майысу деформациясы деп аталады.
- Дененің параллель қаьбаттарының бір-біріне қатысты қос күштің әрекетінен бұрылуы бұралу деформациясы деп аталады.
- Дененің параллель қабаттарының бір-біріне қатысты салыстырмалы түрде параллель орын ауыстыруы ығысу деформациясы деп аталады.
Жоғарыда айтылып кеткен деформациялардың әрқайсысы кіші де, үлкен де бола алады. Олардың әрбіреуін rа абсолют деформациямен бағалауға болады. Абсолют деформация дп күш әрекетінен болған дененің қайсыбір өлшемінің сандық өзгерісін атайды.
Деформацияланған қатты денедегі ішкі күштердің әрекетін сипаттайтын шама механикалық кернеу деп аталады.
SI жүйесінде бірлігі ретінде қимасының 1м2 ауданына 1 Н ішкі күш әрекет ететін материалдың механикалық кернеуі алынады.
Серпімділік, иілгіштік, морттық және қаттылық. Қатты дененің кез келген деформациясы кезінде ішкі күштердің әрекетінен денені құрайтын бөлшектер бір-біріне қатысты ығысады. Бұл материалда деформацияға қарсы әрекет ететін күштерді тудырады. Серпімділік күштері деп аталатын осы күштер деформацияланған дененің ішінде, оның жеке бөліктерінің арасында, дененің джеформациясын тудыратын басқа денелерге де әрекет етеді. Олар деформацияланған дененің бұрынғы пішінін және көлемін қалпына келтіруге тырысады. Деформацияланған дененің сыртқы күштердің әрекеті тоқтағаннан кейін өзінің бұрынғы пішіні мен көлемін қабылдау қасиеті серпімділік деп аталады. Денеге түсірілдген сырқы күштердің әрекеті тоқтаған бойда жоғалатын дененің деформациясы серпімді деформация деп аталады.
Денеге түсірілген сырқы күштердің әрекеті тоқталған кейін де деформацияны сақтап қалу қасиеті иілгіштік (пластьикалық) деп аталады.
Іс жүзінде аз жүктемелер кезінде серпімді деформацияланатын, ал сырқы жүктемені арттырған кезде қалдық деформация пайда болмастан бұрын қирайтын материалдар кездеседі. Мұндай метериалдар морт материалдар деп аталады (шыны, кірпіш, керамика).
Материалдың қаттылығын түрліше күштермен анықтайды. Көбіне қаттырақ материалдар деп екінші материалдың бетіне сызған кезде із қалдыратын материалды айтады. Ең қатты материал – алмаз.
Гук заңы. Серпімділік модулі. Серпімді деформация мен материалдардағы ішкі күштердің арасындағы байланысты тұңғыш тағайындаған ағылшын ғалымы Р.Гук. Гук заңының тұжырымдамасы мынандай: серпімді деформацияланған денедегі механикалық кернеу осы дененің салыстырмалы деформациясына тура пропорционал.
Материалдағы механикалық кернеудің зат тегіне және сыртқы шарттарға тәуелділігін сипаттайтын k шамасы серпімділік молулі деп аталады. Серпімділік молулі материалдағы салыстырмалы серпімді деформация бірге тең кезде пайда болатын механикалық кернеумен өлшенеді.
Балқу және кристалдану. Балқу температурасы. Заттың қатты күйден сұйық күйге өтуі балқу, ал сүйық күйден қатты күйге өтуі қатаю немесе кристалдану деп аталады.
Заттың балқу немесе қатаю поцесстері кезінде оның ішкі энергиясының заттың тегіне және сыртқы шарттарға тәуелділігін сипаттайтын шамасы меншікті балқу жылуы деп аталады. Ол осы заттың балқу температурасында алынған бірлік массасын балқытуға қажетті жылу мөлшерімен өлшенеді.
Заттың қалыпты атмосфералық қысым кезінде балқу температурас заттың балқу нүктесі деп аталады.
Қатты денелердің кебуі сүйықтардың білануына ұқсас. Қатты денелердің кебуі сублимация немесе құрғау деп аталады.
Көбіне газ күйінен сүйық күйге тоқтамай, бірден қатты күйге өтетін кері процесті де бақылауға болады (десублисация). Бұған терезе әйнегіндегі қырау мысал бола алады, бұл ауадағы су буының бірден мұзға айналуы.
Берілген зат үшін осы заттың үш фазасы да тепе-теңдікте болатын С нүктесінде р және Т шамаларының бір ғана мәні сәйкес келеді. Зат күйлерінің диаграммасындағ С нүктесін заттың барлық үш фазасының арасындағы тепе-теңдікті өрнектейтін үштік нүкте деп атайды. Судың үштік нүктесінде қысым 610 Па, ал температура 273,16 К.
Фазалық өту заттың ішкі энергиясының өзгерісіне байланысты және фазалық түрлену жылуын жұту (немесе шығару) арқылы жүреді, яғни балқу (кристалдану) жылуы, булану (конденсациялану), сублимация (десублимация) жылуы.
