Struktura a vlastnosti pevných látek Flashcards
Na jaké látky dělíme pevné látky?
Krystalické, amorfní
Krystalické látky a rozdělení
uspořádány do krystalické mřížky (dalekodosahovým uspořádáním)
monokrystaly a polykrystaly
Monokrystaly + zástupci
Rozložení částic se periodicky opakuje, mouhou mít pravidelný tvar
sůl kamenná, křemen, ametyst, růženín, diamant
umělé - rubín
polovodičové látky (křemen, germanium)
Mono krystaly vlastnosti
Anizotropní, některé vlastnosti jsou závislé na směru vzhledem ke stavbě krystalu (třeba síla)
Amorfní látky + zástupci
Nemají pravidelné uspořádání, krátkodosahové uspořádání (do určité malé vzdálenosti jsou pravidelné, potom pravidelnost klesá)
-polymery - amorfní látky organického původu
Guma, kaučuk, celulóza, bavlna, bílkoviny, sklo, pryskyřice, vosk, asfalt, saze, jantar
Amorfní látky vlastnosti
izotropní
Krystalová mřížka = krystalická mřížka
Struktura, kterou vytváří pravidelně uspořádané částice krystalické látky (atomy, ionty, molekuly)
Elementární buňka
Rovnoběžnostěn, v němž jsou umístěny jednotlivé částice (třeba vrcholy jsou částíce)
zakreslujeme jejich rovnovážné polohy
Čím je určena struktura krystalu (elementární buňka)
Mřížkovým parametrem (a)
Rozmístění částic (jestli je v jednom vrcholu jedna částíce, nebo jinak)
Mřížkový parametr
Značíme a, je to délka hrany základní buňky (řádově desetiny nanometru)
Jak dělíme rozmístění částic (rozdělení elementárních buňek)?
Zabýváme se pouze kubickou elementární buňkou, tu dělíme na:
Prostá
Plošně centrovaná
Prostorově centrovaná
Prostá elementární buňka
Částice v každém vrcholu (dohromady 8 částic)
Plošně centrovaná elementární buňka
Částice ve vrcholech (8) a ve středech stěn (6), dohromady 14 částic
Prostorově centrovaná elementární buňka
Částice ve vrcholech (8) a jedna uprostřed elementární buňky (1), dohromady 9 buněk
Ideální krystalická mřížka
Neexistuje, je to model
Stoprocentní pravidelnost, elementární buňka je opakovaně posouvána podél prodloužených hran
Kolik atomů připadá na jednu základní buňku v prosté krychlové mřížce?
Jedna částice připadá na dalších 8 základních buněk (je to vrchol krychle)
P (kolik atomů připadá na jednu základní B) = (počet atomů v elementární B) / (počtem B, pro které jeden atom je shodný)
P = 8 / 8 = 1
Kolik atomů připadá na jednu buňku v plošně centrované krychlové mřížce
P = 8/8 + 6/2 = 1 + 3 = 4
8 atomů připadá na 8 elementárních buňěk a 6 atomů (ve stěnách) připadá na 2 elementární buňky
Kolik atomů připadá na jednu základní buňku v prostorově centrované krychlové mřížce
P = 8/8 + 1/1 = 8 + 1 = 2
8 atomů připadá na 8 elementárních buňěk a 1 atom v krychli připadá na jednu elementární buňku
Příklad prosté krystalové mřížky
V přírodě je výjimečná (radioaktivní plutonium)
Příklady plošně centrované mřížky
Kovy (Ni, Cu, Ag, Au, Fe, Pb)
Příklady prostorově centrované mřížky?
Kovy (Li, Na, K, Cr, W)
Jak uspořádat částice, aby zaujaly co nejmenší prostor?
Hexagonální uspořádání je nejtěsnější
Co to jsou poruchy krystalové mřížky?
Odchylky od pravidelného uspořádání krystalické mřížky?
Na jaké typy dělíme poruchy krystalové mřížky?
Bodové (vakance, příměs, interstaciální poloha), Objemové a čarové
Vakance
Chybějící částice v ideální mřížce
Příčina je tepelný pohyb částic, ozáření
Místo atomu je prázdná poloha
Interstaciální poloha
Částice se nachází mimo pravidelný bod mřížky
Souvisí s vakancí, když je vakancí částice vystřelena ze své polohy, tak se dostane do jiné pozice v krystalické mřížce, je to ale pořád částice stejné látky
Příměsi
Cizí částice v krystalu
Mohou být v interstaciální polze, nebo nahradí atom v mřížce (po vakanci)
Usnadňují vstřebávání atomů H, C, O, N v kovech (C ve Fe - různé druhy oceli)
Ovlivňují vodivost látky - polovodiče, umělé rubíny (ke konstrukci laseru Al2O3 po vakanci)
Čarové poruchy
Dislokace (hranová, šroubová)
Dislokace
Porušení pravidelného uspořádání částic podél dislokační čáry
Netýká se jednoho budu mřížky, ale celé roviny
Vznikají přirozeným způsobem růstu krystalů, může způsobit vítr, voda, záření, teplo, vnější přírodní elementy
Vliv na mechanické, elektrické, optické vlastnosti a často jsou uměle vytvářeny
Plošné a objemové poruchy
Vznikají velkým počtem dislokací
Deformace pevného tělesa
Změna rozměrů, tvaru nebo objemu tělesa způsobená vnějšími silami
Pružná a trvalá deformace, ale v praxi působí obě současně (aspoň v malém měřítku)
Pružná (elastická) deformace
Nemá vliv na těleso a jsme schopni těleso vrátit do původního stavu
Natažená pružina
Trvalá (plastická deformace)
Trvá i po odstranění deformační síly, vznikají nevratné změny
Druhy deformace
Tahem, tlakem, ohybem, smykem, kroucením, ale v realitě kombinace různých deformací současně
Deformace tahem
Dvě stejné síly působí v opačném směru a působí ven z tělesa
Příklad natahování lana
Deformace tlakem
Dvě stejně velké síly, které působí v opačném směru a působí dovnitř do tělesa
Stlačí se v jednom směru a roztáhne se v druhém
Příkald - podpěry, stěny budov
Deformace ohybem
Způsobená silou, která působí kolmo k podélné ose souměrnosti tělesa upevněného na jednom konci, příčné řezy, teplo, gravitace
Příklad mosty
Deformace smykem
Způsobená dvěma stejně velkými rovnoběžnými silami opačného směru, který neleží na totožné přímce
Příklad šrouby, nýty
Deformace kroucením
Způsobení dvěma silovými dvojicemi, jejichž momenty sil jsou stejně velké opačného směru
Příklad hřídele, vrtáky, šroubováky
Co se děje s částí energie, kterou vykonám při deformacích?
Způsobí teplo - může způsobit další deformace
Co je to Fp?
Síla pružnosti - je to velikost síly působící kolmo na příčný řez o obsahu S
Co je to σE?
Mez pružnosti - největší hodnota normálového napětí, kdy je deformace ještě pružná, po překročení je těleso trvale deformováno
Co je to σP?
Mez pevnosti, po překročení této hodnoty je deformace trvalá a dojde k porušení materiálu - přetrhnutí, rozdrcení
Jak blízko je mez pružnosti a pevnosti u křekých látek?
Hodně blízko
Co je to σN?
Normálové napětí
Co je to σD?
Nejvyšší přípustná hodnota σN při deformaci tahem nebo tlakem v praxi (značně menží než σP)
Co je to součinitel (koeficient) bezpečnosti?
Značíme k
Je to podíl v praxi mezi mezí pevnosti a dovoleným napětím
k = σP/σD
Jak funguje prodlužování látek?
Když na těleso délky l1 (písmenko L a dolní index 1) budeme působit silou, prodlouží se na délku l (písmenko L) o délku Δl (delta L)
Absolutní prodloužení
Δl (delta L) je to přesná vzdálenost v metrách, o kolik bylo těleso prodloužené
Δl = l - l1
Relativní (poměrné prodloužení)
ε = Δl / l1
Je to o jakou část délky l1 bylo těleso prodlouženo
Modul pružnosti v tahu
Je to konstanta, kterou značíme E a má hodnotu v Pa, její hodnoty pro různé látky najdeme v tabulkách
Hookův zákon
Normálové napětí je přímo úměrné relativnímu prodloužení
σN = E * ε
Funguje Hookův zákon i pro tlakovou deformaci?
Ano, E je nyní modul pružnosti v tlaku, píšeme
ε = |Δl| / l1 (jenom je delta L v absolutní hodnotě)
Liší se výrazně modul pro tlak a pro tah?
Ne, většinou jsou stejné
Jaké látky se Hookovým zákonem neřídí?
Beton, litina, žula
Deformační křivka
Graf závislosti normálového napětí na relativním prodloužení
(naučte se z obrázku, který je v prezentaci na slidu 52, protože tady nemůžu vkládat obrázky)
Teplotní roztažnost pevných těles
Fyzikální jev spočívající ve změně rozměrů těles při změně jeho teploty
Délková teplotní roztažnost
Prodloužení je přímo úměrné počáteční délce a přírůstku teploty
Teplotní součinitel délkové roztažnosti
α
V Kelvincech na mínus prvou a je to konstanta, kterou najdeme v tabulkách při 20 °C
Objemová teplotní roztažnost
Mění-li se rozměry - mění se i objem
Teplotní součinitel objemové roztažnosti
β
V Kelvinech na mínus prvou
Pro izotropní látky platí, že β odpovídá 3α
Co předpokládáme u teplotní roztažnosti pevných těles?
S rostoucí teplotou tělesa se zvětšuje jeho objem
Hmotnost tělesa předpokládáme konstantní
Hustota tělesa se zmenšuje
Teplotní roztažnost v praxi
Všechno musí být přizpůsobeno teplotě, aby v zimě něco neprasklo
Ocelové konstrukce, průvěs kovových lan, kolena kovového potrubí, chlazení pístů aut, spojování materiálu s podobným α (plomby + zuby, ocel + beton)
