Struktura a vlastnosti pevných látek

Question 1

Čím se liší krystalické látky od amorfních?

Answer 1

Krystalické látky – p r a v i d e l n é uspořádání částic
Amorfní látky – pravidelné uspořádání částic jen na m a l é vzdálenosti – tzv. krátkodosahové uspořádání
např. sklo, vosk, asfalt, saze, masti a gely, polymery
(celulóza, bílkoviny, plasty)

Question 2

Jak se dělí krystalické látky?

Answer 2

m o n o k r y s t a l y – rozložení se periodicky opakuje v celém krystalu (tzv. dalekodosahové uspořádání);
např. kamenná sůl NaCl, křemen SiO2, diamant;
jsou a n i z o t r o p n í – v různých směrech mají různé fyzikální vlastnosti, např. lámavost
 p o l y k r y s t a l y – skládají se z drobných krystalků (zrn), jejichž vzájemná poloha je náhodná;
např. všechny k o v y
jsou i z o t r o p n í – ve všech směrech
stejné vlastnosti

Question 3

Základní buňka

Answer 3

Z á k l a d n í b u ň k a – jednoduché seskupení částic, které se opakuje v celém krystalu; krystal je vybudován ze základních buněk podobně jako např. zeď domu z cihel.

Question 4

Typy základních buněk

Answer 4

p r o s t á (primitivní)
– atomy (nebo ionty) jsou pouze ve vrcholech buňky
p l o š n ě c e n t r o v a n á – atomy jsou ve vrcholech a středech
všech povrchových ploch buňky
p r o s t o r o v ě c e n t r o v a n á
– atomy jsou ve vrcholech a středu (těžišti) buňky

Question 5

Co je mřížkový parametr?

Answer 5

Mřížkový parametr a je vzdálenost mezi sousedními atomy nebo ionty v pravidelně uspořádané krystalové struktuře, třeba jako vzdálenost mezi korálky na nitce. Pomáhá popsat, jak jsou atomy v pevných látkách uspořádané a ovlivňuje jejich vlastnosti, například hustotu nebo pevnost.

Question 6

Poruchy krystalové mřížky

Answer 6

v a k a n c e – chybějící částice
i n t e r s t i c i á l n í poloha částice – částice navíc
p ř í m ě s i – cizí částice; buď nahrazují vlastní částici, např. příměsové polovodičenebo jsou v intersticiální poloze,
např. absorpce C nebo H2 v kovech

Question 7

Typy deformace

Answer 7

P r u ž n á (elastická) – dočasná (jen po dobu působení vnějších sil)
T v á r n á (plastická) – trvalá (zůstává, i když vnější síly přestanou působit)

Question 8

Dеformace tlakem

Answer 8

působí dvě stejně velké síly směrem d o v n i t ř t ě l e s a
• objem se z m e n š u j e
• např. pilíře

Question 9

Deformace tahem

Answer 9

působí dvě stejně velké síly směrem ven z t ě l e s a
• objem se z v ě t š u j e
• např. závěsné lano výtahu

Question 10

Deformace ohybem

Answer 10

např. u tyče podepřené na obou koncích, působí-li na ni F k o l m á k její podélné ose
• dolní vrstvy jsou deformovány t a h e m (prodlužují se), horní
t l a k e m (zkracují se), střední n e j s o u namáhány (nemění
délku)
• např. most přes řeku, šňůra na prádlo

Question 11

Deformace smykem

Answer 11

síly působí opačným směrem v r o v i n á c h p o d s t a v
• způsobují p o s u n u t í jednotlivých vrstev, vzdálenost mezi nimi se však nemění
• např. šroub, nýt

Question 12

Deformace kroucením

Answer 12

působením dvou silových d v o j i c , jejichž momenty jsou stejně
velké, ale mají o p a č n ý směr
• např. vrtáky, šroubováky

Question 13

Síly pružnosti

Answer 13

Při deformaci tahem se vzdálenosti mezi částicemi z v ě t š u j í . Mezi částicemi převládají p ř i t a ž l i v é síly – síly p r u ž n o s t i .

Question 14

Charakterizuj normalové napětí

Answer 14

V rovnovážném stavu síly pružnosti zabraňují dalšímu prodlužování kvádru:
𝐹p = 𝐹. Vzniklý stav napjatosti charakterizuje veličina n o r m á l o v énapětí: 𝜎n =𝐹p/𝑆
[𝜎n] = Pa

Question 15

Co znamená mez pružnosti a mez pevnosti

Answer 15

Mez p r u ž n o s t i – největší hodnota , při které je deformace tahem (tlakem) ještě pružná. Určuje se experimentálně. Např. pro ocel 330 MPa.
Mez p e v n o s t i – největší hodnota , při jejímž překročení dojde k porušení soudržnosti materiálu (přetržení tělesa). Určuje se experimentálně. Např. pro ocel 600 MPa

Question 16

Sformuluj Hookeův zákon

Answer 16

Při pružné deformaci tahem je normálové napětí p ř í m o úměrné relativnímu prodloužení.
Matematicky: 𝜎𝑛 = 𝐸𝜀
E … m o d u l p r u ž n o s t i v tahu (materiálová konstanta),
[𝐸] = P a
Např. pro ocel je 𝐸 = 220 GPa

Question 17

Teplotní roztažnost

Answer 17

Při zvýšení teploty se z v ě t š u j í rozměry těles, jev nazýváme teplotní r o z t a ž n o s t . U tyčí, drátů, trubek (jeden rozměr je výrazně větší než ostatní) nás zajímá d é l k o v á roztažnost

Question 18

Teplotní součinitel 𝛼

Answer 18

𝛼…teplotní s o u č i n i t e l délkové roztažnosti (materiálová konstanta), pro malé teplotní rozdíly lze považovat za konstantu
[𝛼] = K − 1 („reciproký kelvin“)
Protože 𝑙 = 𝑙1 + Δ𝑙 , platí 𝑙 = 𝑙1[1 + 𝛼(𝑡 − 𝑡1)]

Question 19

Objemová teplotní roztažnost

Answer 19

𝑉 = 𝑉1[1 + 𝛽(𝑡 − 𝑡1)]
𝛽 … teplotní součinitel o b j e m o v é roztažnosti (materiálová konstanta), pro malé teplotní rozdíly lze považovat za konstantu
U pevného tělesa z izotropní látky je 𝛽 ≈ 3𝛼

Question 20

Anizotropie

Answer 20

U monokrystalů se projevuje a n i z o t r o p i e , např. koule z monokrystalu zinku se při zahřátí změní na e l i p s o i d
Anizotropie znamená, že látka vykazuje odlišné vlastnosti v různých směrech.
dřevo – když ho řežeš podél vláken, jde to snadněji než napříč vlákny. To je příklad anizotropie, protože dřevo má různé vlastnosti podle směru. Naopak u materiálů, které jsou izotropní, jsou vlastnosti stejné ve všech směrech, jako například u skla nebo vody.

Question 21

Proč jsou mostní konstrukce položeny na válcích a nejsou pevně připevněny k pilířům?

Answer 21

aby umožnily dilataci (roztahování a smršťování) materiálu vlivem změn teploty. To zabraňuje poškození mostu při teplotních výkyvech.

Question 22

Proč mají dráty elektrického vedení průvěs?

Answer 22

Dráty elektrického vedení mají průvěs, aby se mohly roztahovat a smršťovat při změnách teploty, aniž by došlo k jejich přetržení

Question 23

Proč musí mít zubní plomby stejné teplotní součinitele objemové roztažnosti jako zubní tkáň?

Answer 23

aby nedocházelo k pnutí a deformacím při změnách teploty, což by mohlo způsobit praskání zubů nebo plomb