Koos kristalsete tahkete ainetega leidub ka amorfseid tahkeid aineid. U amorfsed kehad Erinevalt kristallidest pole aatomite paigutuses ranget korda. Ainult lähimad aatomid – naabrid – on paigutatud mingisse järjekorda. Aga
Amorfsetes kehades puudub kristallidele omane ühe ja sama struktuurielemendi kõigis suundades range korratavus.
Sageli võib sama ainet leida nii kristalses kui ka amorfses olekus. Näiteks kvarts võib olla kas kristalsel või amorfsel kujul (ränidioksiid). Kvartsi kristallilist vormi saab skemaatiliselt kujutada võrena korrapärased kuusnurgad(Joon. 77, a). Kvartsi amorfsel struktuuril on ka võre kuju, kuid ebakorrapärane kuju. Koos kuusnurkadega sisaldab see viisnurki ja seitsenurki (joon. 77, b).
Amorfsete kehade omadused. Kõik amorfsed kehad on isotroopsed: nende füüsikalised omadused igas suunas sama. Amorfsete kehade hulka kuuluvad klaas, paljud plastid, vaik, kampol, suhkrukommid jne.
Kell välismõjud amorfsetel kehadel on nii elastsed omadused, nagu tahked ained, kui ka voolavus, nagu vedelikud. Lühiajaliste mõjude (löökide) korral käituvad nad tugeva kehana ja purunevad tugeva löögi korral tükkideks. Aga väga pikaajaline kokkupuude amorfsed kehad voolavad. Näiteks vaigutükk levib järk-järgult üle tahke pinna. Amorfsete kehade aatomitel või molekulidel, nagu vedelatel molekulidel, on kindel aeg"istuv elu" on tasakaaluasendi ümber võnkumiste aeg. Kuid erinevalt vedelikest on see aeg väga pikk. Selles suhtes on amorfsed kehad lähedased kristallilistele kehadele, kuna aatomite hüppeid ühest tasakaaluasendist teise esineb harva.
Kell madalad temperatuurid amorfsed kehad meenutavad oma omadustelt tahkeid aineid. Neil pole peaaegu üldse voolavust, kuid temperatuuri tõustes nad järk-järgult pehmenevad ja nende omadused muutuvad vedelike omadustele üha lähedasemaks. See juhtub seetõttu, et temperatuuri tõustes sagenevad järk-järgult aatomite hüpped ühest positsioonist.
tasakaal teisele. Ei teatud temperatuur Amorfsed kehad, erinevalt kristalsetest, ei sula.
Tahkisfüüsika. Tahkete ainete kõiki omadusi (kristallilised ja amorfsed) saab selgitada nende aatom-molekulaarse struktuuri ning tahkeid aineid moodustavate molekulide, aatomite, ioonide ja elektronide liikumisseaduste põhjal. Tahkete ainete omaduste uuringud on ühendatud suur ala kaasaegne füüsika- tahkisfüüsika. Tahkisfüüsika arengut soodustavad peamiselt tehnoloogia vajadused. Umbes pooled maailma füüsikutest töötavad tahkisfüüsika valdkonnas. Muidugi on saavutused selles valdkonnas mõeldamatud sügavaid teadmisi kõik teised füüsika harud.
1. Mille poolest erinevad kristalsed kehad amorfsetest? 2. Mis on anisotroopia? 3. Too näiteid monokristalliliste, polükristalliliste ja amorfsete kehade kohta. 4. Mille poolest erinevad servanihestused kruvinihestusest?
Erinevalt kristalsetest tahketest ainetest ei ole amorfses tahkes aines osakeste paigutuses ranget järjekorda.
Kuigi amorfsed tahked ained suudavad säilitada oma kuju, kristallvõre Neil ei ole. Teatud mustrit täheldatakse ainult läheduses asuvate molekulide ja aatomite puhul. Seda tellimust nimetatakse sulge järjekord . Seda ei korrata igas suunas ja seda ei salvestata pikki vahemaid meeldib kristalsed kehad.
Amorfsed kehad on näiteks klaas, merevaik, tehisvaigud, vaha, parafiin, plastiliin jne.
Amorfsete kehade tunnused
Amorfsete kehade aatomid vibreerivad juhuslikult paiknevate punktide ümber. Seetõttu sarnaneb nende kehade struktuur vedelike struktuuriga. Kuid neis olevad osakesed on vähem liikuvad. Aeg, mil nad tasakaaluasendi ümber võnkuvad, on pikem kui vedelikes. Samuti esineb aatomite hüppeid teise asendisse palju harvemini.
Kuidas kristalsed tahked ained kuumutamisel käituvad? Nad hakkavad teatud hetkel sulama sulamispunkt. Ja mõnda aega on nad samaaegselt tahkes ja vedelas olekus, kuni kogu aine sulab.
Amorfsetel tahketel ainetel ei ole kindlat sulamistemperatuuri . Kuumutamisel nad ei sula, vaid pehmenevad järk-järgult.
Asetage plastiliinitükk kütteseadme lähedusse. Mõne aja pärast muutub see pehmeks. See ei juhtu koheselt, vaid teatud aja jooksul.
Kuna amorfsete kehade omadused on sarnased vedelike omadustega, peetakse neid väga kõrge viskoossusega ülejahutatud vedelikeks (külmutatud vedelikud). Kell normaalsetes tingimustes nad ei saa voolata. Kuid kuumutamisel tekivad neis sagedamini aatomite hüpped, viskoossus väheneb ja amorfsed kehad pehmenevad järk-järgult. Mida kõrgem on temperatuur, seda madalam on viskoossus ja järk-järgult muutub amorfne keha vedelaks.
Tavaline klaas on tahke amorfne keha. Seda saadakse ränioksiidi, sooda ja lubja sulatamisel. Segu kuumutamisel 1400 o C-ni saadakse vedel klaasjas mass. Jahutamisel vedel klaas ei tahku nagu kristalsed kehad, vaid jääb vedelaks, mille viskoossus suureneb ja voolavus väheneb. Tavatingimustes tundub see meile tahke kehana. Kuid tegelikult on see vedelik, millel on tohutu viskoossus ja voolavus, nii madal, et seda saab vaevu eristada kõige ülitundlikemate instrumentidega.
Aine amorfne olek on ebastabiilne. Aja jooksul muutub see amorfsest olekust järk-järgult kristalliliseks. See protsess sisse erinevaid aineid läheb mööda erinevatel kiirustel. Näeme, et kommipulgad on kaetud suhkrukristallidega. See ei võta väga palju aega.
Ja selleks, et tavalises klaasis tekiks kristallid, peab kuluma palju aega. Kristalliseerumise käigus kaotab klaas oma tugevuse, läbipaistvuse, muutub häguseks ja muutub rabedaks.
Amorfsete kehade isotroopia
Kristallilistes tahketes ainetes on füüsikalised omadused erinevates suundades erinevad. Kuid amorfsetes kehades on need igas suunas ühesugused. Seda nähtust nimetatakse isotroopia .
Amorfne keha juhib elektrit ja soojust kõigis suundades võrdselt ning murrab valgust võrdselt. Ka heli levib amorfsetes kehades igas suunas võrdselt.
Kasutatakse amorfsete ainete omadusi kaasaegsed tehnoloogiad. Eriline huvi põhjustada metallisulameid, millel puudub kristalne struktuur ja mis kuuluvad amorfsete tahkete ainete hulka. Neid nimetatakse metallist klaasid . Nende füüsikalised, mehaanilised, elektrilised ja muud omadused erinevad tavaliste metallide omadest paremuse poole.
Seega kasutavad nad meditsiinis amorfseid sulameid, mille tugevus ületab titaani oma. Nendest valmistatakse kruvisid või plaate, mis ühendavad murdunud luid. Erinevalt titaanist kinnitusdetailidest laguneb see materjal järk-järgult ja asendub aja jooksul luumaterjaliga.
Kõrgtugevaid sulameid kasutatakse metallide lõikeriistade, liitmike, vedrude ja mehhanismide osade valmistamisel.
Jaapanis on välja töötatud kõrge magnetilise läbilaskvusega amorfne sulam. Kasutades seda trafosüdamikes tekstureeritud trafo teraslehtede asemel, saab pöörisvoolukadusid vähendada 20 korda.
Amorfsetel metallidel on ainulaadsed omadused. Neid nimetatakse tulevikumaterjaliks.
« Füüsika – 10. klass"
Lisaks tahketele ainetele, millel on kristallstruktuur, mida iseloomustab ranges järjekorras aatomite paigutuses eksisteerivad amorfsed tahked ained.
Amorfsetel kehadel ei ole aatomite paigutuses ranget järjekorda. Ainult lähimad naaberaatomid on paigutatud mingis järjekorras. Kuid amorfsetes kehades puudub kristallidele omane sama struktuurielemendi kõigis suundades range korratavus. Aatomite paigutuse ja käitumise poolest on amorfsed kehad sarnased vedelikega. Sageli võib sama ainet leida nii kristalses kui ka amorfses olekus.
Teoreetiline uurimus viia tahkete ainete tekkeni, mille omadused on täiesti ebatavalised. Selliseid kehasid oleks katse-eksituse meetodil võimatu saada. Transistoride loomine, mida arutatakse hiljem, - särav eeskuju kuidas tahkete ainete struktuuri mõistmine tõi kaasa revolutsiooni kogu raadiotehnoloogias.
Kindlaksmääratud mehaaniliste, magnetiliste, elektriliste ja muude omadustega materjalide saamine on tänapäevase tahkisfüüsika üks peamisi suundi.
HARIDUSMINISTEERIUM
FÜÜSIKA 8. KLASS
Aruanne teemal:
"Amorfsed kehad. Amorfsete kehade sulamine.
8. klassi õpilane:
2009
Amorfsed kehad.
Teeme katse. Vajame plastiliinitükki, steariinküünalt ja elektrikaminat. Paneme peale plastiliini ja küünla võrdsed vahemaad kaminast. Mõne aja pärast osa steariinist sulab (muutub vedelaks) ja osa jääb tahkeks tükiks. Samal ajal pehmeneb plastiliin vaid veidi. Mõne aja pärast sulab kogu steariin ja plastiliin hakkab järk-järgult "korrodeeruma" piki laua pinda, pehmendades üha enam.
Niisiis, on kehasid, mis ei pehmene mitte sulades, vaid alates tahkes olekus muutub kohe vedelaks. Selliste kehade sulamise käigus on alati võimalik vedelik eraldada veel sulamata (tahkest) kehaosast. Need kehad on kristalne. Samuti on tahkeid aineid, mis kuumutamisel järk-järgult pehmenevad ja muutuvad järjest vedelamaks. Selliste kehade puhul on võimatu näidata temperatuuri, mille juures need vedelikuks muutuvad (sulavad). Neid kehasid nimetatakse amorfne.
Teeme järgmise katse. Visake tükk vaiku või vaha klaaslehtrisse ja jätke see sooja ruumi. Umbes kuu aja pärast selgub, et vaha on võtnud lehtri kuju ja hakkas sellest lausa “ojana” välja voolama (joonis 1). Erinevalt kristallidest, mis säilivad peaaegu igavesti enda vorm, on amorfsed kehad voolavad isegi madalatel temperatuuridel. Seetõttu võib neid pidada väga paksudeks ja viskoosseteks vedelikeks.
Amorfsete kehade ehitus. Uurimine elektronmikroskoobi abil, samuti kasutamine röntgenikiirgus näitavad, et amorfsetes kehades puudub nende osakeste paigutuses range kord. Vaadake, joonis 2 näitab osakeste paigutust kristallilises kvartsis ja parempoolne osakeste paigutus amorfses kvartsis. Need ained koosnevad samadest osakestest - ränioksiidi SiO 2 molekulidest.
Kvartsi kristalliline olek saadakse siis, kui sulakvartsi jahutatakse aeglaselt. Kui sulatise jahtumine on kiire, siis pole molekulidel aega järjestatud ridadesse "joonduda" ja tulemuseks on amorfne kvarts.
Amorfsete kehade osakesed võnguvad pidevalt ja juhuslikult. Nad võivad hüpata kohast teise sagedamini kui kristalliosakesed. Seda soodustab ka asjaolu, et amorfsete kehade osakesed paiknevad ebaühtlaselt tihedalt: nende vahel on tühimikud.
Amorfsete kehade kristalliseerumine. Aja jooksul (mitu kuud, aastat) amorfsed ained muundub spontaanselt kristalliliseks olekuks. Näiteks sooja kohta üksi jäetud suhkrukommid või värske mesi muutuvad mõne kuu pärast läbipaistmatuks. Nad ütlevad, et mesi ja kommid on "suhkrustatud". Purustades kommirooga või lusikaga mett kühveldades näeme tegelikult tekkinud suhkrukristalle.
Amorfsete kehade spontaanne kristalliseerumine näitab, et aine kristalne olek on stabiilsem kui amorfsel. Molekulidevaheline teooria selgitab seda nii. Molekulidevahelised tõmbe- ja tõukejõud põhjustavad amorfse keha osakeste hüppamist eelistatult sinna, kus on tühimikud. Selle tulemusena tekib osakeste senisest korrastatum paigutus ehk moodustub polükristall.
Amorfsete kehade sulamine.
Temperatuuri tõustes suureneb aatomite vibratsioonilise liikumise energia tahke keha suureneb ja lõpuks saabub hetk, mil aatomitevahelised sidemed hakkavad katkema. Sel juhul muutub tahke aine vedelaks. Seda üleminekut nimetatakse sulamine. Fikseeritud rõhul toimub sulamine rangelt määratletud temperatuuril.
Soojushulka, mis on vajalik aine massiühiku muutmiseks vedelikuks selle sulamistemperatuuril, nimetatakse erisoojus sulamine λ .
Massilise aine sulatamiseks m on vaja kulutada soojust, mis on võrdne:
Q = λ m .
Amorfsete kehade sulamisprotsess erineb kristalsete kehade sulamisest. Temperatuuri tõustes amorfsed kehad järk-järgult pehmenevad ja muutuvad viskoosseks, kuni muutuvad vedelaks. Erinevalt kristallidest ei ole amorfsetel kehadel kindlat sulamistemperatuuri. Amorfsete kehade temperatuur muutub pidevalt. See juhtub seetõttu, et amorfses tahked ained, nagu vedelikes, võivad molekulid üksteise suhtes liikuda. Kuumutamisel nende kiirus suureneb ja nendevaheline kaugus suureneb. Selle tulemusena muutub keha järjest pehmemaks, kuni muutub vedelaks. Amorfsete kehade tahkumisel langeb pidevalt ka nende temperatuur.
HARIDUSMINISTEERIUM
FÜÜSIKA 8. KLASS
Aruanne teemal:
"Amorfsed kehad. Amorfsete kehade sulamine.
8. klassi õpilane:
2009
Amorfsed kehad.
Teeme katse. Vajame plastiliinitükki, steariinküünalt ja elektrikaminat. Asetame kaminast võrdsele kaugusele plastiliini ja küünla. Mõne aja pärast osa steariinist sulab (muutub vedelaks) ja osa jääb tahkeks tükiks. Samal ajal pehmeneb plastiliin vaid veidi. Mõne aja pärast sulab kogu steariin ja plastiliin hakkab järk-järgult "korrodeeruma" piki laua pinda, pehmendades üha enam.
Niisiis, on kehasid, mis sulamisel ei pehmene, vaid muutuvad tahkest olekust kohe vedelaks. Selliste kehade sulamise käigus on alati võimalik vedelik eraldada veel sulamata (tahkest) kehaosast. Need kehad on kristalne. Samuti on tahkeid aineid, mis kuumutamisel järk-järgult pehmenevad ja muutuvad järjest vedelamaks. Selliste kehade puhul on võimatu näidata temperatuuri, mille juures need vedelikuks muutuvad (sulavad). Neid kehasid nimetatakse amorfne.
Teeme järgmise katse. Visake tükk vaiku või vaha klaaslehtrisse ja jätke see sooja ruumi. Umbes kuu aja pärast selgub, et vaha on võtnud lehtri kuju ja hakkas sellest lausa “ojana” välja voolama (joonis 1). Erinevalt kristallidest, mis säilitavad oma kuju peaaegu igavesti, on amorfsed kehad voolavad isegi madalatel temperatuuridel. Seetõttu võib neid pidada väga paksudeks ja viskoosseteks vedelikeks.
Amorfsete kehade ehitus. Uuringud elektronmikroskoobiga ja ka röntgenikiirgusega näitavad, et amorfsetes kehades puudub nende osakeste paigutuses range kord. Vaadake, joonis 2 näitab osakeste paigutust kristallilises kvartsis ja parempoolne osakeste paigutus amorfses kvartsis. Need ained koosnevad samadest osakestest - ränioksiidi SiO 2 molekulidest.
Kvartsi kristalliline olek saadakse siis, kui sulakvartsi jahutatakse aeglaselt. Kui sulatise jahtumine on kiire, siis pole molekulidel aega järjestatud ridadesse "joonduda" ja tulemuseks on amorfne kvarts.
Amorfsete kehade osakesed võnguvad pidevalt ja juhuslikult. Nad võivad hüpata kohast teise sagedamini kui kristalliosakesed. Seda soodustab ka asjaolu, et amorfsete kehade osakesed paiknevad ebaühtlaselt tihedalt: nende vahel on tühimikud.
Amorfsete kehade kristalliseerumine. Aja jooksul (mitu kuud, aastat) muutuvad amorfsed ained spontaanselt kristalliliseks olekuks. Näiteks sooja kohta üksi jäetud suhkrukommid või värske mesi muutuvad mõne kuu pärast läbipaistmatuks. Nad ütlevad, et mesi ja kommid on "suhkrustatud". Purustades kommirooga või lusikaga mett kühveldades näeme tegelikult tekkinud suhkrukristalle.
Amorfsete kehade spontaanne kristalliseerumine näitab, et aine kristalne olek on stabiilsem kui amorfsel. Molekulidevaheline teooria selgitab seda nii. Molekulidevahelised tõmbe- ja tõukejõud põhjustavad amorfse keha osakeste hüppamist eelistatult sinna, kus on tühimikud. Selle tulemusena tekib osakeste senisest korrastatum paigutus ehk moodustub polükristall.
Amorfsete kehade sulamine.
Temperatuuri tõustes energia võnkuv liikumine Aatomite arv tahkes aines suureneb ja lõpuks saabub hetk, mil aatomitevahelised sidemed hakkavad katkema. Sel juhul läheb tahke keha sisse vedel olek. Seda üleminekut nimetatakse sulamine. Fikseeritud rõhul toimub sulamine rangelt määratletud temperatuuril.
Soojushulka, mis on vajalik aine massiühiku muutmiseks vedelikuks selle sulamistemperatuuril, nimetatakse erisulamissoojuseks. λ .
Massilise aine sulatamiseks m on vaja kulutada soojust, mis on võrdne:
Q = λ m .
Amorfsete kehade sulamisprotsess erineb kristalsete kehade sulamisest. Temperatuuri tõustes amorfsed kehad järk-järgult pehmenevad ja muutuvad viskoosseks, kuni muutuvad vedelaks. Erinevalt kristallidest ei ole amorfsetel kehadel kindlat sulamistemperatuuri. Amorfsete kehade temperatuur muutub pidevalt. See juhtub seetõttu, et amorfsetes tahketes ainetes, nagu ka vedelikes, võivad molekulid üksteise suhtes liikuda. Kuumutamisel nende kiirus suureneb ja nendevaheline kaugus suureneb. Selle tulemusena muutub keha järjest pehmemaks, kuni muutub vedelaks. Amorfsete kehade tahkumisel langeb pidevalt ka nende temperatuur.