Struktura a vlastnosti pevných látek

Struktura a vlastnosti pevných látek

Základní pojmy

látky rozdělujeme na krystalické a amorfní

krystalické

monokrystaly

mají pravidelné uspořádání částic, které nazýváme dalekodosahovým uspořádáním

anizotropní - fyzikální vlastnosti se v různých směrech mění

např. NaCl, slída

polykrystaly

vyskytují se častěji - většina kovů

jsou tvořeny velkým množství zrn (10 mm) nahodile uspořádaných, ale uvnitř zrn jsou částice uspořádány pravidelně

izotropní - ve všech směrech mají shodné vlastnosti

amorfní

uspořádání je pravidelné pouze v nejbližším okolí částice, toto uspořádání nazýváme krátkodosahovým

většina je izotropní

např. sklo, vosk, polymery

Krystalová mřížka

pro vnitřní stavbu krystalu je charakteristická opakující se pravidelnost

poloha částic je dána trojrozměrnou soustavou, díky níž vzniknou shodné rovnoběžnostěny a základním z nich je tzv. elementární buňka. Postupným řazením elementárních buněk vzniká krystalová mřížka

7 druhů - trojklonná, jednoklonná, krychlová, šesterečná, čtverečná, kosočtverečná a klencová

nejjednodušší je krychlová soustava tvaru krychle

dále zavádíme mřížkovou konstantu, která charakterizuje délku strany

v reálných krystalech nastávají bodové poruchy v krystalové mřížce

vakance - chybějící atom

intersticiální poloha částice - částice mimo pravidelnou polohu (je navíc)

příměs - přítomnost cizích atomů v krystalové mřížce, což má vliv na kvalitu a čistotu materiálu

čárové poruchy v krystalové mřížce - dislokace - v blízkosti čárové dislokace je mřížka silně deformována

Hlavní typy vazeb v pevných látkách

iontová vazba - vazba dvou iontů (např. v solích NaCl, Kbr nebo v krystalech alkalických zemin)

vodíková vazba (vodíkový můstek) - častá v organických sloučeninách

kovová vazba - mřížka je tvořena kladnými ionty, mezi kterými se pohybují volné elektrony (např. Cu, Fe, Al)

kovalentní vazba - směrová vazba vyznačující se tvrdostí, nerozpustností a vysokou teplotou tání (diamant, germanium, křemík)

Van der Waalsova vazba - slabá, je typická především pro molekuly inertních plynů

Deformace pevného tělesa

deformace je změna tvaru tělesa působením vnějších sil

pružná (elastická) je dočasná, ale

tvárná (plastická) je trvalá

5 druhů deformací

tahem

tlakem

ohybem

smykem

kroucením

Deformace tahem

nejjednodušší

Kde F je síla působící tah a S plocha průřezu

normálové napětí - charakterizuje stav napjatosti uvnitř tělesa a je dáno vztahem

relativní prodloužení dáno vztahem

Kde E nazýváme modulem pružnosti látka - v Pascalech

platí Hookův zákon

Teplotní roztažnost pevných látek

vlivem rostoucí teploty se délka o objemu tělesa mění dle vztahů

kde a nazýváme součinitelem délkové roztažnosti

vlivem teploty se však mění i objem a tedy platí

kde b nazýváme součinitelem objemové roztažnosti a je zřejmé, že platí b = 3 . a

praktické použití

bimetalový pásek, tepelné nasazování kol na hřídel

dilatační spáry na kolejnicích, průvěsy drátů elektrického vedení, dilatační smyčka parovodů, konstrukce mostů

Tuhé těleso

dokonale tuhé těleso

těleso, jehož tvar ani objem se nemění vlivem libovolně velikých sil

změny pohybu mohou způsobit jen vnější síly

může vykonávat pohyb posuvný (způsoben silou) nebo rotační (způsoben momentem sil)

těžiště - působiště výslednice tíhové síly

rovnovážná poloha - vektorový součet všech sil a všech momentů působících sil je roven 0, existují 3 možnosti (viz. níže na obrázkách)

stabilita tělesa - určena prací, kterou musíme vykonat, abychom těleso přemístili z rovnovážné polhy do nejbližší polohy vratké

moment síly vzhledem k ose otáčení

Momentová věta viz otázka č.3

Kinetická energie rotujícího tělesa

celková kinetická energie je dána součtem kinetických energií jednotlivých částic a tedy

	Kde J je moment setrvačnosti vzhledem k ose rotace - určuje se pomocí integrálu