Заняття 16. Властивості твердих тіл.

1. Кристалічні та аморфні тіла.

Зазвичай речовини називають твердими, якщо вони зберігають свою форму і свій об’єм. Але це лише зовнішні ознаки, що характеризують твердий стан речовини.

У фізиці твердими називають тіла, які мають кристалічну будову. Суттєвою зовнішньою ознакою будь-якого кристалу у природних умовах є його правильна геометрична форма. Пригадайте, наприклад, геометрично правильні узори, які утворюють кришталики льоду на поверхні шибок взимку, та правильну форму сніжинок. Правильну форму мають кристали кухарської солі, гірського кришталю тощо. Для кристалів кожної речовини притаманна постійність кутів між їх ребрами і відповідно між їх гранями.

Інколи весь шматок твердої речовини являє собою один кристал. Такі шматки речовини називають монокристалами. Властивості монокристалів різні у різних напрямах.

Наприклад, слюда легко розщеплюється на шари, але її важко поламати у напрямі, перпендикулярному до розшарування. Отже, кристали слюди мають неоднакову міцність у різних напрямах. Неоднакові у різних напрямах також і теплові властивості кристалів, а у деяких і оптичні.

Залежність фізичних властивостей речовини від напряму називається анізотропією.

У більшості інших випадків тіла складаються з великої кількості кристалів, що зрослися між собою. Такі тіла називають полікристалічними. Властивості полікристалів на відміну від монокристалів не залежать від напряму.

Незалежність фізичних властивостей речовини від напряму називається ізотропією.

Усі рідини, аморфні тіла, гази і полікристали є ізотропними речовинами.

2. Аморфні тіла.

Тіла, які зберігають свою форму і свій об’єм, але не мають кристалічної будови, називають аморфними. У фізиці аморфні речовини вважають переохолодженими рідинами, що мають дуже велику в’язкість.

У аморфних тіл немає чіткого порядку у розташуванні атомів чи молекул. Лише найближчі атоми-сусіди розташовуються у деякому порядку. Але чіткої повторюваності по усім напрямам, як це характерно для кристалів, у аморфних тілах немає. Тобто відсутній дальній порядок.

Часто одна й та сама речовина може знаходитися як у кристалічному, так і у аморфному станах. Наприклад, кварц SiO₂ може бути як у кристалічній, так і у аморфній формі (кремнезем).

Кристалічна форма кварцу складається з правильних шестикутників (рис. 26 а). Аморфна структура кварцу також має вигляд решітки, але неправильної форми (рис. 26 б). Поряд з шестикутниками у ній зустрічаються п’яти - і семикутники.

Усі аморфні тіла ізотропні, тобто їх фізичні властивості однакові в усіх напрямах.

До аморфних тіл належать скло, багато пластмас, смола, каніфоль тощо.

Під зовнішнім впливом аморфні тіла виявляють одночасно пружні властивості, подібно до твердих тіл, і текучість, подібно до рідин. У разі короткочасної дії ( удару) вони поводяться як тверде тіло і від сильного удару розколюються на шматки. Але в процесі тривалої дії аморфні тіла течуть.

За низьких температур аморфні тіла за своїми властивостями нагадують тверді тіла. Текучість у них майже відсутня. Але з підвищенням температури вони поступово розм’якшуються і їхні властивості дедалі більше наближаються до властивостей рідин. Певної температури плавлення аморфні тіла не мають.