Дэлхийн сэрүүн уур амьсгалтай ихэнх бодисууд хатуу төлөвт байдаг. Хатуу бодис нь зөвхөн хэлбэр дүрсээ төдийгүй эзэлхүүнийг хадгалдаг.
Бөөмийн харьцангуй байрлалын шинж чанарт үндэслэн хатуу бодисыг талст, аморф, нийлмэл гэж гурван төрөлд хуваадаг.
Аморф биетүүд.Аморф биетүүдийн жишээнд шил, төрөл бүрийн хатуурсан давирхай (хув), хуванцар гэх мэт зүйлс орно.Хэрэв аморф биеийг халаавал аажмаар зөөлөрч, шингэн төлөвт шилжихэд ихээхэн температурын мужид ордог.
Шингэнтэй ижил төстэй байдлыг аморф биетүүдийн атом, молекулууд нь шингэн молекулууд шиг "суурин амьдрах" хугацаатай байдагтай холбон тайлбарладаг. Тодорхой хайлах цэг байхгүй тул аморф биеийг маш өндөр зуурамтгай чанар бүхий хэт хөргөсөн шингэн гэж үзэж болно. Аморф биетүүдийн атомуудын зохион байгуулалтад урт хугацааны дараалал байхгүй байгаа нь аморф төлөвт байгаа бодис нь талст төлөвтэй харьцуулахад бага нягттай болоход хүргэдэг.
Аморф биетүүдийн атомуудын зохион байгуулалтын зөрчил нь янз бүрийн чиглэлд атомуудын хоорондох дундаж зай ижил байдаг тул тэдгээр нь изотроп шинж чанартай, өөрөөр хэлбэл бүх физик шинж чанар (механик, оптик гэх мэт) хамаардаггүй. гадны нөлөөллийн чиглэл. Аморф биеийн шинж тэмдэг нь хугарсан үед гадаргуугийн жигд бус хэлбэр юм. Аморф биетүүд удаан хугацааны дараа таталцлын нөлөөгөөр хэлбэрээ өөрчилсөн хэвээр байна. Энэ нь тэдгээрийг шингэн мэт харагдуулдаг. Температур нэмэгдэхийн хэрээр энэ хэлбэрийн өөрчлөлт илүү хурдан явагддаг. Аморф төлөв нь тогтворгүй төлөвөөс талст төлөвт шилжинэ. (Шил үүлэрхэг болно.)
Кристал биетүүд.Хэрэв атомуудын зохион байгуулалтад үе үе (урт хугацааны дараалал) байгаа бол хатуу бие нь талст юм.
Хэрэв та давсны ширхэгийг томруулдаг шил эсвэл микроскопоор шалгаж үзвэл тэдгээр нь хавтгай ирмэгээр хязгаарлагддаг болохыг анзаарах болно. Ийм царай байгаа нь болор төлөвт байгаагийн шинж юм.
Нэг талст болсон биеийг нэг талст гэж нэрлэдэг. Ихэнх талст биетүүд хамтдаа ургасан санамсаргүй байрлалтай олон жижиг талстуудаас тогтдог. Ийм биетүүдийг поликристал гэж нэрлэдэг. Нэг хэсэг элсэн чихэр нь поликристал бие юм. Янз бүрийн бодисын талстууд өөр өөр хэлбэртэй байдаг. Талстуудын хэмжээ нь бас олон янз байдаг. Поликристалл талстуудын хэмжээ цаг хугацааны явцад өөрчлөгдөж болно. Жижиг төмрийн талстууд том болж хувирдаг бөгөөд энэ үйл явц нь цохилт, цохилтоор хурдасч, ган гүүр, төмөр зам гэх мэт зүйлүүдэд тохиолддог бөгөөд үүний үр дүнд бүтцийн бат бөх чанар нь цаг хугацааны явцад буурдаг.
Нөхцөл байдлаас хамааран талст төлөвт ижил химийн найрлагатай маш олон биетүүд хоёр ба түүнээс дээш сорттой байж болно. Энэ шинж чанарыг полиморфизм гэж нэрлэдэг. Мөс нь арав хүртэлх өөрчлөлттэй байдаг. Нүүрстөрөгчийн полиморфизм - бал чулуу ба алмаз.
Нэг болорын зайлшгүй шинж чанар нь анизотропи юм - янз бүрийн чиглэлд түүний шинж чанаруудын (цахилгаан, механик гэх мэт) ялгаатай байдал.
Поликристал биетүүд изотроп, өөрөөр хэлбэл бүх чиглэлд ижил шинж чанарыг харуулдаг. Энэ нь поликристал биеийг бүрдүүлдэг талстууд бие биенээсээ санамсаргүй байдлаар чиглэгддэгтэй холбон тайлбарладаг. Үүний үр дүнд чиглэлүүдийн аль нь ч бусдаас ялгаатай биш юм.
Механик шинж чанараараа байгалийн материалаас илүү нийлмэл материалыг бүтээжээ. Нийлмэл материал (нийлмэл)матриц ба дүүргэгчээс бүрдэнэ. Полимер, металл, нүүрстөрөгч эсвэл керамик материалыг матриц болгон ашигладаг. Дүүргэгч нь сахал, утас эсвэл утаснаас бүрдэж болно. Ялангуяа нийлмэл материалд төмөр бетон, феррографит орно.
Төмөр бетон нь барилгын материалын үндсэн төрлүүдийн нэг юм. Энэ нь бетон болон төмөр арматурын хослол юм.
Төмөр-графит нь төмөр (95-98%) ба бал чулуу (2-5%) зэргээс бүрдсэн металл керамик материал юм. Машины төрөл бүрийн эд анги, механизмын холхивч, бутыг үүнээс хийдэг.
Шилэн утас нь шилэн утас болон хатуурсан давирхайн холимог материал юм.
Хүний болон амьтны яс нь коллаген ба эрдэс бодис гэсэн огт өөр хоёр бүрэлдэхүүн хэсгээс бүрдсэн нийлмэл материал юм.
Аморф хатуу биетүүд нь олон шинж чанар, голчлон бичил бүтцийн хувьд маш өндөр зуурамтгай чанар бүхий өндөр хөргөлттэй шингэн гэж үзэх ёстой. Ийм биетүүдийн бүтэц нь бөөмсийн зохион байгуулалтад зөвхөн богино зайн дарааллаар тодорхойлогддог. Эдгээр бодисуудын зарим нь талстжих чадваргүй байдаг: лав, лацдан холболтын лав, давирхай. Бусад нь тодорхой хөргөлтийн горимын дагуу талст бүтэц үүсгэдэг боловч хурдан хөргөх үед зуурамтгай чанар нэмэгдэх нь бөөмсийн зохион байгуулалтанд ороход саад болдог. Талсжих процесс явагдахаас өмнө бодис хатуурдаг. Ийм биеийг шилэн гэж нэрлэдэг: шил, мөс. Ийм бодис дахь талсжих үйл явц нь хатуурсны дараа ч тохиолдож болно (шилэн үүлэрхэг). Аморф бодисуудад мөн хатуу органик бодисууд орно: резин, мод, арьс шир, хуванцар, ноос, хөвөн, торгон утас. Ийм бодисыг шингэн фазаас хатуу фаз руу шилжүүлэх үйл явцыг Зураг дээр үзүүлэв. - муруй I.
Аморф биетүүдэд хатуурах (хайлах) температур байдаггүй. T = f(t) график дээр гулзайлтын цэг байгаа бөгөөд үүнийг зөөлрүүлэх температур гэж нэрлэдэг. Температурын бууралт нь зуурамтгай чанарыг аажмаар нэмэгдүүлэхэд хүргэдэг. Хатуу төлөвт шилжих энэ шинж чанар нь аморф бодис дахь хайлуулах тусгай дулаан байхгүй болоход хүргэдэг. Урвуу шилжилт, дулааныг хангах үед жигд зөөлрөх нь шингэн төлөвт ордог.
БОЛОР ХАТУУД.
Кристалуудын бичил бүтцийн онцлог шинж чанар нь тэдгээрийн дотоод цахилгаан талбайн орон зайн үечилсэн байдал, талст үүсгэгч бөөмс - атом, ион, молекулуудын байрлал дахь давтагдах чадвар (урт хугацааны дараалал) юм. Бөөмүүд шулуун шугамын дагуу тодорхой дарааллаар ээлжлэн оршдог бөгөөд үүнийг зангилааны шугам гэж нэрлэдэг. Кристалын аль ч хавтгай хэсэгт огтлолцсон ийм шугамын хоёр систем нь огтлолын хавтгайг цоорхойгүй нягт бүрхсэн ижил төстэй параллелограммуудын багцыг үүсгэдэг. Сансар огторгуйд ийм шугамын нэгдмэл бус гурван системийн огтлолцол нь болорыг бүрэн ижил параллелепипедүүдийн багц болгон хуваах орон зайн сүлжээг үүсгэдэг. Кристал торыг бүрдүүлж буй шугамуудын огтлолцох цэгүүдийг зангилаа гэж нэрлэдэг. Тодорхой чиглэлийн дагуух зангилааны хоорондох зайг орчуулга эсвэл торны үе гэж нэрлэдэг. Гурван хосгүй орчуулга дээр баригдсан параллелепипедийг нэгж нүд эсвэл торны давтагдах параллелепипед гэж нэрлэдэг. Кристал торны хамгийн чухал геометрийн шинж чанар нь тодорхой чиглэл, хавтгайтай харьцуулахад бөөмсийн байрлал дахь тэгш хэм юм. Энэ шалтгааны улмаас өгөгдсөн болор бүтцэд нэгж нүдийг сонгох хэд хэдэн арга байдаг ч энэ нь торны тэгш хэмтэй тохирч байхаар сонгогддог.
Кристал биетүүдийг нэг талст ба поликристал гэсэн хоёр бүлэгт хувааж болно. Нэг талстуудын хувьд нэг талст тор нь бүх биед ажиглагддаг. Хэдийгээр ижил төрлийн дан талстуудын гадаад хэлбэр нь өөр байж болох ч харгалзах нүүрний хоорондох өнцөг нь үргэлж ижил байх болно. Нэг талстуудын онцлог шинж чанар нь механик, дулааны, цахилгаан, оптик болон бусад шинж чанаруудын анизотропи юм.
Ганц талстууд ихэвчлэн байгалиасаа байгалиасаа байдаг. Жишээлбэл, ихэнх ашигт малтмал нь болор, маргад, бадмаараг юм. Одоогийн байдлаар үйлдвэрлэлийн зориулалтаар олон дан талстыг уусмал, хайлмалаас зохиомлоор ургуулж байна - бадмаараг, германий, цахиур, галлийн арсенид.
Ижил химийн элемент нь геометрийн хувьд ялгаатай хэд хэдэн болор бүтцийг үүсгэж болно. Энэ үзэгдлийг полиморфизм гэж нэрлэдэг. Жишээлбэл, нүүрстөрөгч - бал чулуу ба алмаз; мөсөн таван өөрчлөлт гэх мэт.
Талст биетүүдэд дүрмээр бол шинж чанаруудын гадна талт байдал, анизотропи харагдахгүй. Учир нь талст хатуу биетүүд ихэвчлэн санамсаргүй байдлаар чиглэсэн олон жижиг талстуудаас тогтдог. Ийм хатуу бодисыг поликристалл гэж нэрлэдэг. Энэ нь талсжих механизмтай холбоотой юм: энэ үйл явцад шаардлагатай нөхцөл бүрдсэн үед талстжих төвүүд эхний үе шатанд олон газарт нэгэн зэрэг гарч ирдэг. Шинээр үүссэн талстууд нь бие биенээсээ бүрэн санамсаргүй байдлаар байрладаг бөгөөд чиглэсэн байдаг. Энэ шалтгааны улмаас үйл явцын төгсгөлд бид хайлсан жижиг талстуудын конгломерат хэлбэрээр хатуу бодисыг олж авдаг - талстууд.
Эрчим хүчний үүднээс авч үзвэл талст ба аморф хатуу биетүүдийн ялгаа нь хатуурах, хайлах явцад тодорхой харагдаж байна. Кристал биет нь хайлах цэгтэй байдаг - бодис нь хатуу ба шингэн гэсэн хоёр үе шаттайгаар тогтвортой орших температур юм (Зураг 2-ын муруй). Хатуу молекул шингэн болж шилжинэ гэдэг нь хөрвүүлэх хөдөлгөөний нэмэлт гурван градусын эрх чөлөөг олж авдаг гэсэн үг юм. Тэр. T pl дахь бодисын массын нэгж. шингэн фазын доторх энерги нь хатуу фазын ижил массаас их байдаг. Үүнээс гадна бөөмс хоорондын зай өөрчлөгддөг. Тиймээс ерөнхийдөө талст бодисын нэгж массыг шингэн болгон хувиргахад шаардагдах дулааны хэмжээ нь:
λ = (U f -U cr) + P (V f -V cr),
Энд λ нь хайлах (талсжих) хувийн дулаан, (U l -U cr) шингэн ба талст фазын дотоод энергийн ялгаа, P нь гадаад даралт, (V l -V cr) -ийн ялгаа. тодорхой боть. Клапейрон-Клаузиусын тэгшитгэлийн дагуу хайлах температур нь даралтаас хамаарна.
Эндээс харахад (V f -V cr)> 0 байвал 
> 0, өөрөөр хэлбэл. Даралт нэмэгдэхийн хэрээр хайлах цэг нэмэгддэг. Хайлах явцад бодисын хэмжээ багасвал (V f -V cr)<
0 (вода, висмут), то рост давления приводит
к понижению Т пл.
Аморф биетүүдэд хайлуулах дулаан байдаггүй. Халаалт нь дулааны хөдөлгөөний хурдыг аажмаар нэмэгдүүлж, зуурамтгай чанар буурахад хүргэдэг. Процессын график дээр (Зураг) гулзайлтын цэг байдаг бөгөөд үүнийг уламжлалт байдлаар зөөлрүүлэх температур гэж нэрлэдэг.
ХАТУУ БАЙДАЛЫН ДУЛААНЫ ШИНЖ
Хүчтэй харилцан үйлчлэлийн улмаас талст дахь дулааны хөдөлгөөн нь зөвхөн болор торны зангилааны ойролцоох бөөмсийн чичиргээгээр хязгаарлагддаг. Эдгээр хэлбэлзлийн далайц нь ихэвчлэн 10 -11 м хүрдэггүй, өөрөөр хэлбэл. харгалзах чиглэлийн дагуу торны үеийн ердөө 5-7% байна. Эдгээр хэлбэлзлийн мөн чанар нь маш нарийн төвөгтэй байдаг, учир нь энэ нь хэлбэлзэгч бөөмийн бүх хөршүүдтэй харилцан үйлчлэх хүчээр тодорхойлогддог.
Температурын өсөлт нь бөөмийн хөдөлгөөний энергийг нэмэгдүүлдэг гэсэн үг юм. Энэ нь эргээд бөөмийн чичиргээний далайц ихсэх гэсэн үг бөгөөд халах үед талст хатуу биетүүдийн тэлэлтийг тайлбарладаг.
лт = л 0 (1 + αt 0),
Хаана лт ба л 0 – t 0 ба 0 0 С температурт биеийн шугаман хэмжээс, α – шугаман тэлэлтийн коэффициент. Хатуу биетүүдийн хувьд α нь 10 -5 – 10 -6 К -1 гэсэн дараалалтай байна. Шугаман тэлэлтийн үр дүнд биеийн эзэлхүүн нэмэгддэг.
V t = V 0 (1 + βt 0),
энд β нь эзэлхүүний тэлэлтийн коэффициент юм. Изотроп тэлэлтийн үед β = 3α. Монокристал биетүүд нь анизотроп шинж чанартай тул α-ийн гурван өөр утгатай байдаг.
Чичиргээт бөөмс бүр нь гурван зэрэг хэлбэлзлийн хөдөлгөөний эрх чөлөөтэй байдаг. Бөөмс нь кинетик энергиээс гадна потенциал энергитэй байдаг тул хатуу биетүүдийн бөөмсийн чөлөөт байдлын нэг зэрэгт ε = kT энергийг хуваарилах ёстой. Одоо мэнгэний дотоод энергийн хувьд бид дараахь зүйлийг авах болно.
U μ = 3N A kT = 3RT,
ба молийн дулаан багтаамжийн хувьд:
Тэдгээр. Химийн энгийн талст биетүүдийн молийн дулаан багтаамж нь ижил бөгөөд температураас хамаардаггүй. Энэ бол Дулонг-Петитийн хууль юм.
Туршилтаас харахад өрөөний температураас эхлээд энэ хууль маш сайн хангагдсан байна. Дулонг-Петитийн хуулиас бага температурт хазайх тухай тайлбарыг Эйнштейн, Дебай нар дулаан багтаамжийн квант онолоор өгсөн. Эрх чөлөөний зэрэгт ногдох энерги нь тогтмол утга биш, харин температур, хэлбэлзлийн давтамжаас хамаардаг болохыг харуулсан.
Жинхэнэ талстууд. БОЛОРЫН ГОГООЛ
Бодит талстууд нь хамгийн тохиромжтой бүтцийн хэд хэдэн зөрчилтэй байдаг бөгөөд тэдгээрийг болор согог гэж нэрлэдэг.
а) цэгийн согогууд -
Schottky-ийн согогууд (бөөмийн эзэлдэггүй нэгж);
Frenkel-ийн согогууд (зангилаанаас бөөмсийг нүүлгэн шилжүүлэх);
хольц (гадны атомыг нэвтрүүлсэн);
б) шугаман - ирмэг ба шурагны мултрал. Энэ нь тогтмол бус орон нутгийн шинж чанартай байдаг
бөөмсийн зохион байгуулалтанд sty
бие даасан атомын хавтгайн бүрэн бус байдлаас үүдэлтэй
эсвэл тэдгээрийн хөгжлийн дарааллын зөрчлийн улмаас;
в) хавтгай - талстуудын хоорондох хил, шугаман дислокацын эгнээ.
Дэлхий дээрх бүх биетүүд талст бүтэцтэй байдаггүй гэдгийг санах нь зүйтэй. Дүрэмд үл хамаарах зүйлийг "аморф бие" гэж нэрлэдэг. Тэд юугаараа ялгаатай вэ? Аморф гэдэг нэр томъёоны орчуулгад үндэслэн ийм бодисууд нь хэлбэр, гадаад төрхөөрөө бусдаас ялгаатай гэж үзэж болно. Бид болор тор гэж нэрлэгддэг зүйл байхгүй тухай ярьж байна. Ирмэгүүдийг үүсгэдэг хуваах үйл явц тохиолддоггүй. Аморф бие нь мөн орчноос хамааралгүй, шинж чанар нь тогтмол байдгаараа ялгагдана. Ийм бодисыг изотроп гэж нэрлэдэг.
Аморф биетүүдийн товч тайлбар
Сургуулийн физикийн хичээлээс харахад аморф бодисууд нь тэдгээрийн атомууд эмх замбараагүй дарааллаар байрладаг бүтэцтэй байдаг гэдгийг санаж болно. Зөвхөн ийм зохицуулалтыг албадан хийдэг хөрш зэргэлдээх байгууламжууд нь тодорхой байршилтай байж болно. Гэсэн хэдий ч талстуудтай зүйрлэвэл аморф биетүүдэд молекул, атомын хатуу дараалал байдаггүй (физикийн хувьд энэ шинж чанарыг "алсын зайн дараалал" гэж нэрлэдэг). Судалгааны үр дүнд эдгээр бодисууд нь шингэнтэй төстэй бүтэцтэй болохыг тогтоожээ.
Зарим бие (жишээлбэл, SiO 2 томьёотой цахиурын давхар ислийг авч болно) нэгэн зэрэг аморф төлөвт байж, талст бүтэцтэй байж болно. Эхний хувилбарт кварц нь жигд бус торны бүтэцтэй, хоёр дахь нь ердийн зургаан өнцөгт хэлбэртэй байдаг.
Өмч No1
Дээр дурдсанчлан аморф биетүүдэд болор тор байдаггүй. Тэдгээрийн атом, молекулууд нь богино хэмжээний зохион байгуулалттай байдаг бөгөөд энэ нь эдгээр бодисын анхны өвөрмөц шинж чанар болно.
Өмч No2
Эдгээр бие нь шингэний дутагдалд ордог. Бодисын хоёр дахь шинж чанарыг илүү сайн тайлбарлахын тулд бид лавын жишээг ашиглан үүнийг хийж болно. Хэрэв та юүлүүрт ус асгавал энэ нь зүгээр л асгарах нь нууц биш юм. Бусад шингэн бодисуудтай ижил зүйл тохиолдох болно. Гэхдээ аморф биетүүдийн шинж чанар нь ийм "заль мэх" хийхийг зөвшөөрдөггүй. Хэрэв лавыг юүлүүрт байрлуулсан бол эхлээд гадаргуу дээгүүр тархаж, дараа нь түүнээс урсаж эхэлнэ. Энэ нь бодис дахь молекулууд анхдагч байрлалгүйгээр нэг тэнцвэрийн байрлалаас огт өөр байрлал руу үсрдэгтэй холбоотой юм.
Өмч No3
Хайлах үйл явцын талаар ярих цаг болжээ. Аморф бодисууд хайлж эхэлдэг тодорхой температургүй гэдгийг санах нь зүйтэй. Температур нэмэгдэхийн хэрээр бие нь аажмаар зөөлөн болж, дараа нь шингэн болж хувирдаг. Физикчид өгөгдсөн үйл явц эхэлсэн температурт бус харин хайлах температурын харгалзах мужид анхаарлаа хандуулдаг.
Өмч No4
Энэ талаар дээр дурдсан. Аморф биетүүд изотроп шинж чанартай байдаг. Өөрөөр хэлбэл, тухайн газарт оршин суух нөхцөл өөр байсан ч тэдний шинж чанар нь ямар ч чиглэлд өөрчлөгддөггүй.
Өмч No5
Дор хаяж нэг удаа хүн бүр тодорхой хугацааны дараа шил нь үүлэрхэг болж байгааг ажигласан. Аморф биетүүдийн энэ шинж чанар нь дотоод энерги нэмэгдсэнтэй холбоотой (энэ нь талстуудынхаас хэд дахин их). Үүнээс болж эдгээр бодисууд талст төлөвт амархан ордог.
Кристал төлөвт шилжих
Тодорхой хугацааны дараа аливаа аморф бие нь талст төлөвт шилждэг. Энэ нь хүний өдөр тутмын амьдралд ажиглагдаж болно. Жишээлбэл, хэрэв та чихэр эсвэл зөгийн балыг хэдэн сарын турш орхивол хоёулаа тунгалаг байдлаа алдсаныг анзаарч магадгүй юм. Энгийн хүн зүгээр л элсэн чихэрээр бүрсэн гэж хэлэх болно. Үнэн хэрэгтээ, хэрэв та биеийг эвдэж байвал чихрийн талст байгааг анзаарах болно.
Тэгэхээр энэ тухай ярихдаа аморф бодис тогтворгүй байдгаас болж аяндаа өөр төлөвт шилждэг гэдгийг тодруулах шаардлагатай. Тэдгээрийг талстуудтай харьцуулбал сүүлийнх нь хэд дахин илүү "хүчирхэг" гэдгийг ойлгож болно. Энэ баримтыг молекул хоорондын онолыг ашиглан тайлбарлаж болно. Үүний дагуу молекулууд нэг газраас нөгөө рүү байнга үсэрч, улмаар хоосон зайг дүүргэдэг. Цаг хугацаа өнгөрөхөд тогтвортой болор тор үүсдэг.
Аморф биетүүдийн хайлах
Аморф биетүүдийн хайлах үйл явц нь температур нэмэгдэхийн хэрээр атомуудын хоорондох бүх холбоо устах үе юм. Энэ үед бодис шингэн болж хувирдаг. Хэрэв хайлах нөхцөл нь бүх хугацааны туршид ижил даралттай байвал температурыг мөн засах шаардлагатай.
Шингэн талстууд
Байгальд шингэн талст бүтэцтэй биетүүд байдаг. Дүрмээр бол тэдгээр нь органик бодисын жагсаалтад багтдаг бөгөөд тэдгээрийн молекулууд нь утас хэлбэртэй байдаг. Энэ биетүүд нь шингэн ба талстуудын шинж чанартай, тухайлбал шингэн ба анизотропи юм.
Ийм бодисуудад молекулууд хоорондоо зэрэгцээ байрладаг боловч тэдгээрийн хооронд тогтмол зай байдаггүй. Тэд байнга хөдөлдөг боловч чиг баримжаагаа өөрчлөх хүсэлгүй байдаг тул тэд байнга нэг байрлалд байдаг.
Аморф металлууд
Аморф металлыг жирийн хүмүүст металл шил гэж илүү сайн мэддэг.
Эрт дээр үеэс 1940 онд эрдэмтэд эдгээр биетүүд байдаг тухай ярьж эхэлсэн. Тэр ч байтугай вакуум хуримтлалаар тусгайлан гаргаж авсан металлууд нь болор торгүй байдаг нь мэдэгдэж байсан. Зөвхөн 20 жилийн дараа ийм төрлийн анхны шил үйлдвэрлэв. Энэ нь эрдэмтдийн анхаарлыг тийм ч их татсангүй; 10 гаруй жилийн дараа л Америк, Японы мэргэжилтнүүд, дараа нь Солонгос, Европын мэргэжилтнүүд түүний тухай ярьж эхлэв.
Аморф металлууд нь зуурамтгай чанар, нэлээд өндөр хүч чадал, зэврэлтэнд тэсвэртэй байдаг.
БОЛОВСРОЛЫН ЯАМ
ФИЗИК 8-Р АНГИ
Сэдвийн талаар мэдээлэх:
“Аморф биетүүд. Аморф биетүүдийн хайлуулалт."
8-р ангийн сурагч:
2009
Аморф биетүүд.
Туршилт хийцгээе. Бидэнд нэг хэсэг хуванцар, стеарин лаа, цахилгаан задгай зуух хэрэгтэй болно. Пластик болон лаа зэргийг задгай зуухнаас ижил зайд байрлуулцгаая. Хэсэг хугацааны дараа стеарины нэг хэсэг хайлж (шингэн болж), хэсэг нь хатуу хэсэг хэлбэрээр үлдэнэ. Үүний зэрэгцээ хуванцар нь бага зэрэг зөөлрөх болно. Хэсэг хугацааны дараа бүх стеарин хайлж, хуванцар нь ширээний гадаргуугийн дагуу аажмаар "зэвэрч", улам зөөлрөх болно.
Тэгэхээр хайлахад зөөлрдөггүй, хатуу төлөвөөс шууд шингэн болж хувирдаг бие байдаг. Ийм биеийг хайлах үед шингэнийг биеийн хайлж амжаагүй (хатуу) хэсгээс үргэлж салгах боломжтой байдаг. Эдгээр бие нь талст.Халаахад аажмаар зөөлөрч, улам шингэн болж хувирдаг хатуу бодисууд бас байдаг. Ийм биетүүдийн хувьд шингэн (хайлмал) болж хувирах температурыг зааж өгөх боломжгүй юм. Эдгээр байгууллагуудыг нэрлэдэг аморф.
Дараах туршилтыг хийцгээе. Шилэн юүлүүрт нэг хэсэг давирхай эсвэл лав шидээд дулаан өрөөнд үлдээгээрэй. Сар орчмын дараа лав нь юүлүүр хэлбэртэй болж, түүнээс "урсгал" хэлбэрээр урсаж эхэлсэн нь тодорхой болно (Зураг 1). Өөрийнхөө хэлбэрийг бараг үүрд хадгалдаг талстуудаас ялгаатай нь аморф бие нь бага температурт ч гэсэн шингэнийг харуулдаг. Тиймээс тэдгээрийг маш зузаан, наалдамхай шингэн гэж үзэж болно.
Аморф биетүүдийн бүтэц.Электрон микроскоп, түүнчлэн рентген туяа ашиглан хийсэн судалгаагаар аморф биед бөөмсийн зохион байгуулалтад хатуу дараалал байдаггүй болохыг харуулж байна. Хараад үзээрэй, 2-р зурагт талст кварц дахь бөөмсийн байрлалыг, баруун талд байгаа нь аморф кварц дахь бөөмсийн байршлыг харуулж байна. Эдгээр бодисууд нь ижил хэсгүүдээс бүрддэг - SiO 2 цахиурын ислийн молекулууд.
Хайлсан кварцыг удаан хөргөвөл кварцын талст төлөвийг олж авна. Хэрэв хайлмал хурдан хөргөх юм бол молекулууд эмх цэгцтэй эгнээнд "эгнэх" цаг гарахгүй бөгөөд үр дүн нь аморф кварц болно.
Аморф биетүүдийн бөөмс тасралтгүй, санамсаргүй байдлаар хэлбэлздэг. Тэд болор хэсгүүдээс илүү олон удаа нэг газраас нөгөө рүү үсэрч чаддаг. Аморф биетүүдийн бөөмс нь тэгш бус нягт байрладаг нь үүнийг хөнгөвчилдөг: тэдгээрийн хооронд хоосон зай байдаг.
Аморф биетүүдийн талстжилт.Цаг хугацаа өнгөрөхөд (хэдэн сар, жил) аморф бодисууд аяндаа талст төлөвт шилждэг. Жишээлбэл, элсэн чихэр эсвэл шинэхэн зөгийн бал дулаан газар ганцаараа үлдсэн нь хэдхэн сарын дараа тунгалаг болдог. Тэд зөгийн бал, чихэр нь "чихэр" гэж хэлдэг. Чихрийн нишингийг хагалах юм уу зөгийн балыг халбагаар шүүж авснаар бид яг үнэндээ үүссэн чихрийн талстыг харах болно.
Аморф биетүүдийн аяндаа талсжих нь бодисын талст төлөв байдал аморфаас илүү тогтвортой болохыг харуулж байна. Молекул хоорондын онол үүнийг ингэж тайлбарладаг. Молекул хоорондын таталцлын болон түлхэлтийн хүч нь аморф биетийн бөөмсийг хоосон зай байгаа газар руу давуулан үсрэхэд хүргэдэг. Үүний үр дүнд бөөмсийн эмх цэгцтэй зохион байгуулалт өмнөхөөсөө илүү гарч ирдэг, өөрөөр хэлбэл поликристалл үүсдэг.
Аморф биетүүдийн хайлах.
Температур нэмэгдэхийн хэрээр хатуу биет дэх атомуудын чичиргээний хөдөлгөөний энерги нэмэгдэж, эцэст нь атомуудын хоорондын холбоо тасарч эхлэх мөч ирдэг. Энэ тохиолдолд хатуу бодис шингэн төлөвт шилждэг. Энэ шилжилтийг гэж нэрлэдэг хайлах.Тогтмол даралттай үед хайлах нь хатуу тогтоосон температурт явагддаг.
Бодисын нэгж массыг хайлах цэг дээр нь шингэн болгон хувиргахад шаардагдах дулааны хэмжээг хайлах хувийн дулаан гэнэ. λ .
Масстай бодисыг хайлуулах м дараахтай тэнцэх хэмжээний дулааныг зарцуулах шаардлагатай.
Q = λ м .
Аморф биеийг хайлах үйл явц нь талст биетүүдийн хайлахаас ялгаатай. Температур нэмэгдэхийн хэрээр аморф биетүүд аажмаар зөөлөрч, шингэн болж хувирах хүртэл наалдамхай болдог. Аморф биетүүд нь талстуудаас ялгаатай нь тодорхой хайлах цэггүй байдаг. Аморф биетүүдийн температур тасралтгүй өөрчлөгддөг. Шингэн шиг аморф хатуу биетүүдэд молекулууд бие биенээсээ харьцангуй хөдөлж чаддаг тул энэ нь тохиолддог. Халах үед тэдний хурд нэмэгдэж, тэдгээрийн хоорондох зай нэмэгддэг. Үүний үр дүнд бие нь шингэн болж хувирах хүртэл зөөлөн, зөөлөн болдог. Аморф бие хатуурах үед температур нь мөн тасралтгүй буурдаг.
Тодорхой хайлах цэг байгаа нь талст бодисын чухал шинж чанар юм. Чухам энэ шинж чанараараа тэдгээрийг мөн хатуу биет гэж ангилдаг аморф биетүүдээс амархан ялгаж болдог. Үүнд, ялангуяа шил, маш наалдамхай давирхай, хуванцар зэрэг орно.
Аморф бодисууд (талстлаг бодисуудаас ялгаатай нь) тодорхой хайлах цэггүй байдаг - хайлдаггүй, харин зөөлрүүлдэг. Халаахад, жишээлбэл, шилний хэсэг эхлээд хатуугаас зөөлөн болж, амархан нугалж эсвэл сунгаж болно; өндөр температурт хэсэг нь өөрийн таталцлын нөлөөн дор хэлбэрээ өөрчилж эхэлдэг. Энэ нь халах үед зузаан наалдамхай масс нь түүний хэвтэж буй савны хэлбэрийг авдаг. Энэ масс нь эхлээд зөгийн бал шиг өтгөн, дараа нь цөцгий шиг, эцэст нь ус шиг бараг л бага зуурамтгай шингэн болж хувирдаг. Гэсэн хэдий ч хатуу биетийг шингэн рүү шилжүүлэх тодорхой температурыг зааж өгөх боломжгүй, учир нь энэ нь байхгүй.
Үүний шалтгаан нь аморф биетүүдийн бүтцийн талст биетүүдийн бүтцийн үндсэн ялгаанд оршдог. Аморф биет дэх атомууд санамсаргүй байдлаар байрладаг. Аморф биетүүд нь бүтэцээрээ шингэн бодис агуулдаггүй. LS6 хатуу шилэнд атомууд санамсаргүй байдлаар байрладаг. Энэ нь шилний температурыг нэмэгдүүлэх нь зөвхөн түүний молекулуудын чичиргээний хүрээг нэмэгдүүлж, аажмаар илүү их, илүү их хөдөлгөөн хийх эрх чөлөөг өгдөг гэсэн үг юм. Тиймээс шил нь аажмаар зөөлөрч, молекулуудын хатуу дарааллаас эмх замбараагүй байдал руу шилжих шилжилтийн онцлог шинж чанартай "хатуу-шингэн" хурц шилжилтийг харуулдаггүй.
Хайлах дулаан
Хайлтын дулаан гэдэг нь бодисыг хатуу талст төлөвөөс шингэн байдалд бүрэн шилжүүлэхийн тулд хайлах цэгтэй тэнцүү тогтмол даралт, тогтмол температурт өгөх шаардлагатай дулааны хэмжээ юм.
Хайлтын дулаан нь шингэн төлөвөөс бодисыг талсжуулах явцад ялгарах дулаантай тэнцүү байна.
Хайлах явцад бодист нийлүүлсэн бүх дулаан нь түүний молекулуудын потенциал энергийг нэмэгдүүлэхэд чиглэгддэг. Тогтмол температурт хайлдаг тул кинетик энерги өөрчлөгддөггүй.
Ижил масстай янз бүрийн бодисын хайлалтыг туршилтаар судалснаар тэдгээрийг шингэн болгон хувиргахад өөр өөр хэмжээний дулаан шаардагддагийг анзаарч болно. Жишээлбэл, нэг кг мөс хайлуулахын тулд 332 Ж, 1 кг хар тугалга хайлуулахын тулд 25 кЖ эрчим хүч зарцуулах шаардлагатай болдог.
1 кг жинтэй талст биеийг хайлах цэг дээр бүрэн шингэн төлөвт шилжүүлэхийн тулд түүнд хэр их дулаан өгөх шаардлагатайг харуулсан физик хэмжигдэхүүнийг хайлах тусгай дулаан гэнэ.
Нэгдлийн тусгай дулааныг килограмм тутамд жоуль (Ж/кг)-ээр хэмждэг ба Грек үсгээр X (ламбда) тэмдэглэнэ.
Талсжих явцад хайлах явцад шингэсэн дулаан ялгардаг тул талстжилтын хувийн дулаан нь хайлуулах тусгай дулаантай тэнцүү байна. Жишээлбэл, 1 кг жинтэй ус хөлдөхөд ижил масстай мөсийг ус болгон хувиргахад шаардагдах 332 Ж энерги ялгардаг.
Дурын масстай талст биеийг хайлахад шаардагдах дулааны хэмжээ буюу хайлуулах дулааныг олохын тулд энэ биеийн хайлах тусгай дулааныг түүний массаар үржүүлэх шаардлагатай.
Бие махбодоос ялгарах дулааны хэмжээг сөрөг гэж үздэг. Тиймээс m масстай бодисыг талсжуулах явцад ялгарах дулааны хэмжээг тооцоолохдоо ижил томъёог ашиглах хэрэгтэй, гэхдээ хасах тэмдэгтэй.
