Struktura a vlastnosti pevných látek Flashcards
Krystalické a amorfní látky (charakteristika, vlastnosti a příklady)
KRYSTALICKÉ - pravidelné uspořádání částic
MONOKRYSTALICKÉ
rozložení částic v prostoru se periodicky opakuje
tzv. dalekodosahové uspořádání
pravidelný geometrický tvar
anizotropní - v různých směrech různé optické vlastnosti
křemen, čedič, ametyst
POLYKRYSTALICKÉ
z velkého počtu zrn - uvnitř zrn jsou částice uspořádány pravidelně, jejich poloha je však nahodilá
izotropní - ve všech směrech stejné vlastnosti
všechny kovy, magnetit, pyrit
AMORFNÍ - pravidelné uspořádání částic je pouze krátkodobé - vosk, asfalt, sklo
POLYMERY
zvláštní skupina amorfních látek organického původu
kaučuk, bavlna, celulóza
Krytalická mříýka (elementární buňka, typy elementárních buněk a krystalografických soustav, poruchy krystalické mřížky)
je struktura, kterou vytvářejí pravidelně uspořádané částice krystalické látky (atomy, ionty, molekuly)
mezi nejjednodušší patří rovnoběžnostěny pravoúhlé - krychle
elementární buňka
zákl. rovnoběžnostěn osázený určitým způsobem částicemi
získáme ji posouváním zákl. krychle podél jejích prodloužených hran
v prostoru se vytvoří soustava pravidelně rozložených částic pevné látky, která se nazývá ideální krystalová mřížka
3 typy elementárních buněk
PROSTÁ - částice jsou jen ve vrcholech
PROSTOROVĚ CENTROVANÁ - ve vrcholech a ve středu krychle
PLOŠNĚ CENTROVANÁ - ve vrcholech a středech stěn
poruchy krystalické mřížky
BODOVÉ
vakance - chybí částice v uzlovém bodě
- vzniká neobsažením rovnovážné polohy částice v kryst. mř.
- lze vytvořit uměle
intersticiální poloha částice - vmezeřený např. atom prvku
- vzniká při obsazení místa částicí mimo pravidelný bod kryt. mř.
příměsi - substituční atom je nahrazen jiným
výskyt cizích částic v krystalu, buď v inerciální poloze (měď v železe) nebo nahrazuje vlastní částici mřížky
ČÁROVÉ (dislokace)
porušení pravid. uspořádání částic v kryst. mřížce podél určité čáry
přítomnost dislokací zdůvodňuje velmi malou pevnost reálných krystalů
typy vazeb v pevných látkách
IONTOVÉ
iontová vazba
velmi tvrdé, vysoká teplota tání, křehké, dobře se štěpí, propustné pro viditelné světlo, slabé tepelné a elektrické vodivosti
př. alkalické halogenidy (NaCl, KBr,..), oxidy alk. zemin (CaO,…)
KOVALENTNÍ
kovalentní vazba
pevné, tvrdé, vysoká tepl. tání, nízká hustota, silné i slabé tepelné a elektrické vodivosti
př. diamant, grafit, křemen
KOVOVÁ
kovová vazba
variabilní tvrdost a bod tání v závislosti na síle kovové vazby, vysoká tepelná a elektrická vodivost
př. Mg, Cd, K, Co
MOLEKULOVÁ (vodíková)
van der Waalsovy síly, Londonovy disperzní síly, dipól-dipólové interakce a vodíkové vazby
měkké, pevné, nízká tepl. tání
spojuje např. krystaly ledu vody, často se vyskytuje v organických látkách
Deformace pevného tělesa, typy deformací
= jakákoliv změna rozměrů, objemu nebo tvaru tělesa, kt. je způsobena vnějš. silami
rozdělení deformací
PRUŽNÁ (elastická, dočasná)
přestanou-li vnější síly působit, deformace zmizí
TVÁRNÁ (plastická, trvalá)
přestanou-li vnější síly působit, těleso je trvale deformované
PODLE SMĚRU PŮSOBÍCÍ SÍLY
tahem - závěsné lano jeřábu
tlakem - pilíře, podpěry,….
ohybem - nosníky
smykem - tahání karet z balíčku
kroucením - ždímání prádla
síla pružnosti a definice normálového napětí
SÍLA PRUŽNOSTI
vzniká při pružné deformaci tahem
Rozdělme nyní myšlený tahem deformovaný kvádr na dvě části A a B (viz obr.).
Působením vnějších sil a se zvětšují vzdálenosti mezi částicemi ležícími na pravé stěně části A a levé stěně části B. Proto na pravou stěnu části A začne působit výsledná síla pružnosti vyvolaná působením částic ležících na levé stěně části B. Podle zákona akce a reakce stejně velkou, ale opačně orientovanou silou působí část A na část B. Vzniklé síly pružnosti zabraňují tomu, aby se kvádr neustále prodlužoval. Od určitého okamžiku jsou části A a B v klidu a kvádr je v rovnováze, tj. .
V libovolném příčném řezu tělesa vzniká tedy stav napjatosti, který charakterizujeme normálovým napětím
NORMÁLOVÉ NAPĚTÍ
je veličina analogická tlaku, který byl definován u tekutin
je definován jako podíl síly působící kolmo na plochu průřezu a toho průřezu
rozlišujeme 2 hodnoty norm. napětí pro každý materiál
mez pružnosti - nejvyšší hodnota norm. nap., při kterém je deformace tahem nebo tlakem ještě pružní
mez pevnosti - nejvyšší hodnota norm. nap., při jejímž překročení dojde k porušení materiálu
Křivka deformace, Hookův zákon pro pružnou deformaci tahem (absolutní a relativní prodloužení)
HOOKŮV ZÁKON PRO PRUŽNOU DEFORMACI TAHEM
působením deformujících sil se uvažované těleso (drát, guma, …) prodlouží z původní délky na délku .
veličinu (rozdíl) = absolutní prodloužení - závislé na počáteční délce
relativní (poměrné) prodloužení : ,
Zvětšujeme-li postupně velikost deformačních sil při deformaci tahem, lze sledovat závislost normálového napětí na relativním prodloužení .
z experimentů vyplývá:
pro pružnou deformaci tahem je norm. napětí přímo úměrné relativ. prodloužení
Matematicky: , kde konstanta E je modul pružnosti v tahu ()
materiálová konstanta, velká (MPa, GPa)
Hookův zákon platí i pro deformaci tlakem
norm. napětí < mez pružnosti ……pružný materiál
mez pružnosti blízko meze pevnosti……křehký materiál - dobrá pružnost (žiletka), tvrdost (nože, pilníky)
na zbytek se koukni v prezentaci
teplotní délková a objemová roztažnost pevných álátek (vztahy, praktické využití)
TEPLOTNÍ ROZTAŽNOST
DÉLKOVÁ
u tyčí, trubic, drátů,…u těles, u nichž převažuje délkový rozměr
prodloužení tyče = tepl. součinitel . původní délka. zvýšení teploty
Součinitel délkové teplotní roztažnosti těles α závisí na látce, z které je těleso vyrobeno. Udává nám, o jakou délku se prodlouží jeden metr určité látky při zahřátí o 1 °C.
Celou délku l, kterou má tyč zahřátá na teplotu t °C vypočítáme tak, že k původní délce l0 připočítáme prodloužení Δl
Jestliže se teplota tyče zmenšuje, zkrátí se její délka podle vzorce:
např. v létě, když vidíme, že jsou dráty elektrického vedení prověšeny, protože by v zimě popraskaly, kolejnice se na železnici připevňují k těžkým betonovým pražcům usazeným do štěrku, kovová potrubí musí mít pružná kolena, která umožňují vyrovnání teplotní roztažnosti.
OBJEMOVÁ
změna objemu
V …. objem tělesa po zahřátí
V = V0 . (1 + β.Δt) V0 … objem tělesa před zahřátím
ΔV = V1.β. Δt Δt … změna teploty
β …. součinitel teplotní objemové roztažnosti
jednotka: K-1 (reciproký kelvin)
závisí na druhu látky
mění se s teplotou (pro malé Δt je konstantní)
vztah mezi α a β: β = 3α přibližně
(souvisí s prostorem kolem nás, je trojrozměrný)
využití:
Když se v automob. motoru příliš zahřeje píst, roztáhne se a uvázne ve válci.
Dráty elektrického vedení jsou v létě víc prověšené, v zimě naopak natažené.
Kolejnice i ocelové konstrukce mostů se s rostoucí teplotou prodlouží.
