Поряд із кристалічними твердими тілами зустрічаються аморфні тверді тіла. У аморфних тілна відміну від кристалів немає строгого порядку розташування атомів. Тільки найближчі атоми – сусіди – розташовуються у певному порядку. Але
Суворої повторюваності у всіх напрямках одного того ж елемента структури, яка характерна для кристалів, в аморфних тілах немає.
Часто те саме речовина може бути як у кристалічному, і у аморфному стані. Наприклад, кварц може бути як у кристалічній, так і в аморфній формі (кремнезем). Кристалічну форму кварцу схематично можна представити у вигляді решітки з правильних шестикутників(Мал. 77, а). Аморфна структура кварцу також має вигляд грат, але неправильної форми. Поряд із шестикутниками в ній зустрічаються п'яти- та семикутники (рис. 77, б).
Властивості аморфних тіл.Усі аморфні тіла ізотропні: їх фізичні властивостіоднакові в усіх напрямках. До аморфних тіл належать скло, багато пластмас, смола, каніфоль, цукровий льодяник та ін.
При зовнішніх впливахаморфні тіла виявляють одночасно пружні властивості, подібно до твердих тіл, і плинність, подібно до рідин. При короткочасних впливах (ударах) вони поводяться як тверде тіло і за сильного удару розколюються на шматки. Але при дуже тривалий впливаморфні тіла течуть. Так, наприклад, шмат смоли поступово розтікається по твердій поверхні. Атоми або молекули аморфних тіл, подібно до молекул рідини, мають певний час«осілого життя» час коливань при стані рівноваги. Але на відміну від рідин цей час вони дуже великі. У цьому відношенні аморфні тіла близькі до кристалічних, тому що перескоки атомів з одного положення рівноваги до іншого відбуваються рідко.
При низьких температурахаморфні тіла за своїми властивостями нагадують тверді тіла. Плинністю вони майже не володіють, але в міру підвищення температури поступово розм'якшуються та їх властивості дедалі більше наближаються до властивостей рідин. Це відбувається тому, що зі зростанням температури поступово частішають перескоки атомів з одного положення
рівноваги до іншого. Ніякий певної температуриплавлення у аморфних тіл, на відміну кристалічних, немає.
Фізика твердого тілаВсі властивості твердих тіл (кристалічних та аморфних) можуть бути пояснені на основі знання їх атомно-молекулярної структури та законів руху молекул, атомів, іонів та електронів, що складають тверді тіла. Дослідження властивостей твердих тіл об'єднані в великий області сучасної фізики- Фізики твердого тіла. Розвиток фізики твердого тіла стимулюється переважно потребами техніки. Приблизно половина фізиків світу працює у сфері фізики твердого тіла. Зрозуміло, досягнення в цій галузі немислимі без глибоких знаньрешти розділів фізики.
1. Чим відрізняються кристалічні тіла від аморфних? 2. Що таке анізотропія? 3. Наведіть приклади монокристалічних, полікристалічних та аморфних тіл. 4. Чим відрізняються крайові дислокації від гвинтових?
На відміну від кристалічних твердих тіл, розташування частинок в аморфному тілі немає строгого порядку.
Хоча аморфні тверді тіла здатні зберігати форму, кристалічних ґрату них немає. Деяка закономірність спостерігається лише молекул і атомів, розташованих поруч. Такий порядок називається ближнім порядком . Він не повторюється в усіх напрямках і не зберігається на великих відстанях, як у кристалічних тіл.
Приклади аморфних тіл - скло, бурштин, штучні смоли, віск, парафін, пластилін та ін.
Особливості аморфних тіл
Атоми в аморфних тілах чинять коливання навколо точок, які розташовані хаотично. Тому структура цих тіл нагадує структуру рідин. Але частки у них менш рухливі. Час їх коливання навколо положення рівноваги більший, ніж у рідинах. Перескоки атомів в інше положення також відбуваються набагато рідше.
Як поводяться при нагріванні тверді кристалічні тіла? Вони починають плавитися за певної температурі плавлення. І деякий час одночасно перебувають у твердому та рідкому стані, поки не розплавиться вся речовина.
У аморфних тіл певної температури плавлення немає . При нагріванні вони не плавляться, а поступово розм'якшуються.
Покладемо шматок пластиліну поблизу нагрівального приладу. Через якийсь час він стане м'яким. Це відбувається миттєво, а протягом деякого інтервалу часу.
Так як властивості аморфних тіл схожі з властивостями рідин, їх розглядають як переохолоджені рідини з дуже великою в'язкістю (застиглі рідини). При звичайних умовахтекти вони не можуть. Але при нагріванні перескоки атомів у них відбуваються частіше, зменшується в'язкість і аморфні тіла поступово розм'якшуються. Що температура, тим менше в'язкість, і поступово аморфне тіло стає рідким.
Звичайне скло – тверде аморфне тіло. Його одержують, розплавляючи оксид кремнію, соду та вапно. Нагрів суміш до 1400 про З, отримують рідку склоподібну масу. При охолодженні рідке склоне твердне, як кристалічні тіла, а залишається рідиною, в'язкість якої збільшується, а плинність зменшується. За звичайних умов воно здається нам твердим тілом. Але насправді це рідина, яка має величезну в'язкість і плинність, настільки малу, що вона ледь відрізняється найчутливішими приладами.
Аморфний стан речовини нестійкий. Згодом з аморфного стану воно поступово переходить у кристалічний. Цей процес у різних речовинахпроходить з різною швидкістю. Ми бачимо, як покриваються кристалами цукру льодяники. Для цього потрібно небагато часу.
А для того, щоб кристали утворилися у звичайному склі, часу має пройти чимало. При кристалізації скло втрачає свою міцність, прозорість, каламутніє, стає крихким.
Ізотропність аморфних тіл
У кристалічних твердих тілах фізичні властивості розрізняються у різних напрямках. А в аморфних тілах вони в усіх напрямках однакові. Це явище називають ізотропністю .
Аморфне тіло однаково проводить електрику та теплоту в усіх напрямках, однаково заломлює світло. Звук також однаково поширюються в аморфних тілах у всіх напрямках.
Властивості аморфних речовин використовуються в сучасних технологіях. Особливий інтересвикликають металеві сплави, які не мають кристалічної структури та відносяться до твердих аморфних тіл. Їх називають металевим склом . Їх фізичні, механічні, електричні та інші властивості відрізняються від аналогічних властивостей звичайних металів на краще.
Так, у медицині використовують аморфні сплави, міцність яких перевищує міцність титану. З них роблять гвинти чи пластини, якими з'єднують зламані кістки. На відміну від титанових деталей кріплення, цей матеріал поступово розпадається і згодом замінюється кістковим матеріалом.
Застосовують високоміцні сплави при виготовленні металорізальних інструментів, арматури, пружин, деталей механізмів.
У Японії розроблено аморфний сплав, що має високу магнітну проникність. Застосувавши його у сердечниках трансформаторів замість текстурованих листів трансформаторної сталі, можна знизити втрати на вихрових струмах у 20 разів.
Аморфні метали мають унікальними властивостями. Їх називають матеріалом майбутнього.
« Фізика – 10 клас»
Крім твердих тіл, що мають кристалічну структуру, яка характеризується суворим порядкому розташуванні атомів, існують аморфні тверді тіла.
У аморфних тіл немає строгого порядку розташування атомів. Тільки найближчі атоми-сусіди розташовуються у порядку. Але суворої повторюваності за всіма напрямами однієї й тієї ж елемента структури, що у кристалів, в аморфних тілах немає. За розташуванням атомів і їх поведінкою аморфні тіла аналогічні рідинам. Часто те саме речовина може бути як у кристалічному, і у аморфному стані.
Теоретичні дослідженняпризводять до отримання твердих тіл, властивості яких є абсолютно незвичайними. Отримати такі тіла методом спроб і помилок було б неможливо. Створення транзисторів, про які йтиметься надалі, - яскравий прикладтого, як розуміння структури твердих тіл призвело до революції у всій радіотехніці.
Отримання матеріалів із заданими механічними, магнітними, електричними та іншими властивостями – один із основних напрямків сучасної фізики твердого тіла.
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ
ФІЗИКА 8 КЛАС
Доповідь на тему:
Аморфні тіла. Плавлення аморфних тіл.
учениця 8 "б" класу:
2009
Аморфні тіла.
Зробимо досвід. Нам знадобляться шматок пластиліну, стеаринова свічка та електрокамін. Поставимо пластилін і свічку на рівних відстаняхвід каміна. Через деякий час частина стеарину розплавиться (стане рідиною), а частина – залишиться у вигляді твердого шматочка. Пластилін за той самий час лише трохи розм'якшиться. Ще через деякий час весь стеарин розплавиться, а пластилін – поступово "роз'їдеться" по поверхні столу, дедалі більше розм'якшуючись.
Отже, існують тіла, які при плавленні не розм'якшуються, а твердого стануперетворюються відразу на рідину. Під час плавлення таких тіл завжди можна відокремити рідину від твердої частини тіла, що ще не розплавилася. Ці тіла – кристалічні.Існують також тверді тіла, які при нагріванні поступово розм'якшуються, стають дедалі текучими. Для таких тіл неможливо вказати температуру, за якої вони перетворюються на рідину (плавляться). Ці тіла називають аморфними.
Зробимо наступний досвід. У скляну вирву кинемо шматок смоли або воску і залишимо в теплій кімнаті. Через місяць виявиться, що віск прийняв форму воронки і навіть почав витікати з неї у вигляді "струмені" (Рис.1). На противагу кристалам, які майже вічно зберігають власну форму, аморфні тіла навіть при невисоких температурах мають плинність. Тому їх можна розглядати як дуже густі та в'язкі рідини.
Будова аморфних тіл.Дослідження за допомогою електронного мікроскопа, а також за допомогою рентгенівських променівсвідчать, що у аморфних тілах немає строгого порядку розташування їх частинок. Погляньте, малюнку 2 зображено розташування частинок в кристалічному кварці, але в правому – в аморфному кварці. Ці речовини складаються з тих самих частинок – молекул оксиду кремнію SiO 2 .
Кристалічний стан кварцу утворюється, якщо розплавлений кварц охолоджувати повільно. Якщо ж охолодження розплаву буде швидким, молекули не встигнуть "вишикуватися" в стрункі ряди, і вийде аморфний кварц.
Частинки аморфних тіл безперервно і безладно вагаються. Вони частіше ніж частинки кристалів можуть перескакувати з місця на місце. Цьому сприяє і те, що частинки аморфних тіл розташовані неоднаково щільно: між ними є порожнечі.
Кристалізація аморфних тіл.З часом (кілька місяців, років) аморфні речовинимимоволі переходять у кристалічний стан. Наприклад, цукрові льодяники або свіжий мед, спокої в теплому місці, через кілька місяців стають непрозорими. Кажуть, що мед та льодяники "зацукрилися". Розломивши льодяник або зачерпнувши мед ложкою, ми дійсно побачимо кристалики цукру, що утворилися.
Мимовільна кристалізація аморфних тіл свідчить, що кристалічний стан речовини є більш стійким, ніж аморфний. Міжмолекулярна теорія це пояснює так. Міжмолекулярні сили тяжіння-відштовхування змушують частки аморфного тіла перескакувати переважно туди, де є порожнечі. В результаті виникає більш впорядковане, ніж колись розташування частинок, тобто утворюється полікристал.
Плавлення аморфних тіл.
У міру зростання температури енергія коливального руху атомів у твердому тілізростає і нарешті настає такий момент, коли зв'язки між атомами починають розриватися. При цьому тверде тіло перетворюється на рідкий стан. Такий перехід називається плавленням.При фіксованому тиску плавлення відбувається за строго певної температури.
Кількість тепла, необхідне для перетворення одиниці маси речовини на рідину при температурі плавлення, називають питомою теплотоюплавлення λ .
Для плавлення речовини масою m необхідно витратити кількість теплоти рівну:
Q = λ · m .
Процес плавлення аморфних тіл відрізняється від плавлення кристалічних тіл. При підвищенні температури аморфні тіла поступово розм'якшуються, стають в'язкими, доки не перетворяться на рідину. Аморфні тіла на противагу кристалам не мають певної температури плавлення. Температура аморфних тіл у своїй змінюється безупинно. Це відбувається тому, що в аморфних твердих тілах, Як і в рідинах, молекули можуть переміщатися один щодо одного. При нагріванні їхня швидкість збільшується, збільшується відстань між ними. В результаті тіло стає все м'якшим і м'якшим, поки не перетвориться на рідину. При затвердінні аморфних тіл їхня температура також знижується безперервно.
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ
ФІЗИКА 8 КЛАС
Доповідь на тему:
Аморфні тіла. Плавлення аморфних тіл.
учениця 8 "б" класу:
2009
Аморфні тіла.
Зробимо досвід. Нам знадобляться шматок пластиліну, стеаринова свічка та електрокамін. Поставимо пластилін і свічку на рівних відстанях від каміна. Через деякий час частина стеарину розплавиться (стане рідиною), а частина - залишиться у вигляді твердого шматочка. Пластилін за той самий час лише трохи розм'якшиться. Ще через деякий час весь стеарин розплавиться, а пластилін - поступово "роз'їдеться" по поверхні столу, дедалі більше розм'якшуючись.
Отже, існують тіла, які при плавленні не розм'якшуються, а з твердого стану перетворюються одразу на рідину. Під час плавлення таких тіл завжди можна відокремити рідину від твердої частини тіла, що ще не розплавилася. Ці тіла - кристалічні.Існують також тверді тіла, які при нагріванні поступово розм'якшуються, стають дедалі текучими. Для таких тіл неможливо вказати температуру, за якої вони перетворюються на рідину (плавляться). Ці тіла називають аморфними.
Зробимо наступний досвід. У скляну вирву кинемо шматок смоли або воску і залишимо в теплій кімнаті. Через місяць виявиться, що віск прийняв форму воронки і навіть почав витікати з неї у вигляді "струмені" (Рис.1). На противагу кристалам, які майже завжди зберігають власну форму, аморфні тіла навіть при невисоких температурах мають плинність. Тому їх можна розглядати як дуже густі та в'язкі рідини.
Будова аморфних тіл.Дослідження за допомогою електронного мікроскопа, а також за допомогою рентгенівських променів свідчать, що в аморфних тілах немає строгого порядку розташування їх частинок. Погляньте, малюнку 2 зображено розташування частинок в кристалічному кварці, але в правому - в аморфному кварці. Ці речовини складаються з тих самих частинок - молекул оксиду кремнію SiO 2 .
Кристалічний стан кварцу утворюється, якщо розплавлений кварц охолоджувати повільно. Якщо ж охолодження розплаву буде швидким, молекули не встигнуть "вишикуватися" в стрункі ряди, і вийде аморфний кварц.
Частинки аморфних тіл безперервно і безладно вагаються. Вони частіше ніж частинки кристалів можуть перескакувати з місця на місце. Цьому сприяє і те, що частинки аморфних тіл розташовані неоднаково щільно: між ними є порожнечі.
Кристалізація аморфних тіл.З часом (кілька місяців, років) аморфні речовини мимоволі переходять у кристалічний стан. Наприклад, цукрові льодяники або свіжий мед, спокої в теплому місці, через кілька місяців стають непрозорими. Кажуть, що мед та льодяники "зацукрилися". Розломивши льодяник або зачерпнувши мед ложкою, ми дійсно побачимо кристалики цукру, що утворилися.
Мимовільна кристалізація аморфних тіл свідчить, що кристалічний стан речовини є більш стійким, ніж аморфний. Міжмолекулярна теорія це пояснює так. Міжмолекулярні сили тяжіння-відштовхування змушують частки аморфного тіла перескакувати переважно туди, де є порожнечі. В результаті виникає більш впорядковане, ніж колись розташування частинок, тобто утворюється полікристал.
Плавлення аморфних тіл.
У міру підвищення температури енергія коливального рухуатомів у твердому тілі зростає і нарешті настає такий момент, коли зв'язки між атомами починають розриватися. При цьому тверде тіло переходить у рідкий стан. Такий перехід називається плавленням.При фіксованому тиску плавлення відбувається за строго певної температури.
Кількість тепла, необхідне перетворення одиниці маси речовини на рідину за нормальної температури плавлення, називають питомою теплотою плавлення λ .
Для плавлення речовини масою m необхідно витратити кількість теплоти рівну:
Q = λ · m .
Процес плавлення аморфних тіл відрізняється від плавлення кристалічних тіл. При підвищенні температури аморфні тіла поступово розм'якшуються, стають в'язкими, доки не перетворяться на рідину. Аморфні тіла на противагу кристалам не мають певної температури плавлення. Температура аморфних тіл у своїй змінюється безупинно. Це тому, що у аморфних твердих тілах, як й у рідинах, молекули можуть переміщатися друг щодо друга. При нагріванні їхня швидкість збільшується, збільшується відстань між ними. В результаті тіло стає все м'якшим і м'якшим, поки не перетвориться на рідину. При затвердінні аморфних тіл їхня температура також знижується безперервно.