Какие общие свойства принадлежат твердым телам
- Основные свойства твердых тел
- Типы твердых тел
- Свойства твердых веществ аморфного типа
- Особые свойства твердых тел
- Пластичность и хрупкость
Твёрдые тела отличаются от других тел рядом признаков и свойств. Все они имеют сходные между собой характеристики. Все эти свойства и характеристики изучаются в ходе постоянно совершенствующегося познавательного процесса окружающего мира.
Твердые тела физика изучает на протяжении всего своего существования как науки. Исследования, в том числе и при которых изучаются свойства тел, проводятся на микро и макроуровнях. Изучение физических тел, включая свойства твёрдых тел – один из основных вопросов современной физики.
Основные свойства твердых тел
Твердым телам свойственны: упругость, пластичность и хрупкость.
Упругость – свойство тела возвращать форму в исходное положение после прекращения действия физической силы извне. К примерам можно отнести резину.
Пластичность – свойство, заключающееся в закреплении приобретенной формы после остановки или прекращения внешнего воздействия. Это свойство не восстанавливать свою форму. Примеры: пластилин, глина.
Хрупкость – свойство тела разрушаться при малых деформациях. Примеры: стекло, фарфор.
Типы твердых тел
Зависимо от степени проявления тех или иных свойств, все твердые тела можно поделить на такие основные типы:
- Аморфные
- С кристаллической структурой
Огромное разнообразие твердых тел по сути можно рассматривать как бесконечное количество молекулярных связей. Без использования всего разнообразия твердых тел с различными свойствами и характеристиками невозможно было бы представить себе текущий уровень развития науки и техники. Множество приборов и серьезного научного оборудования созданы на основании знаний того, какими свойствами обладают твердые тела, например, огромное количество электронного оборудования использует полупроводники со своими уникальными свойствами и возможностями. Речь идет о магнитах, сверхпроводниках и прочих материалах, без которых было бы невозможным такое стремительное развитие науки.
Таким образом, твёрдые тела это один из важнейших предметов изучения физики и одно из важнейших предпосылок к перспективам развития науки. В частности, сегодня ученых интересуют свойства твердых тел с кристаллической структурой внутреннего строения, которые проявляются в результате взаимодействия частиц.
Коллективные свойства электронов дают возможность электропроводности тех или иных тел, тип коллективного колебания, возникающего при поглощении тепла, определяет степень теплоемкости. Определено, что тепловые свойства твердых тел разные: некоторым твердым телам более свойственно поглощение тепла и соответственного нагревания, а некоторым – меньше. На основании получаемых данных рассматриваются варианты, при которых управление свойствами твердых тел используется в полезных практических и научных целях.
Свойства кристаллических твердых тел предполагают наличие кристаллической решетки. В этих телах частицы имеют четкую структуру, четкую периодичность и порядок размещения структурных единиц и составляющих элементов всей конструкции. Свойства твердого вещества аморфного типа – совершенно иные. Они представляют собой огромное количество хаотичного скопления атомов.
Еще одной отличительной чертой кристаллического тела является анизотропность. Данная характеристика твердых тел-кристаллов предполагает зависимость свойств тела от направления внутри кристалла.
Кристаллическая структура присуща всем металлам, именно поэтому они – лучшие материалы для строительства. Однако важно обратить внимание на то, что анизотропность не проявляется постоянно. В обычном состоянии эта характеристика никак не проявляется у металлов. Оказывается, в некоторых случаях вещество может пребывать в аморфном и кристаллическом состоянии одновременно.
Свойства твердых веществ аморфного типа
Для тел аморфного типа свойственна изотропность, которая предполагает равные показатели по всем направлениям. Приведем в пример стекло, леденцы. При достаточных внешних воздействиях эти тела приобретут другую форму и другие признаки.
К основным свойствам аморфных тел относятся:
- Упругость
- Текучесть
Упругие свойства твердых тел проявляются во всех твердых телах, а текучесть – это признак жидкости.
Такая характеристика твердых тел как упругость проявляется при кратковременных силовых воздействиях. Стоит же применить больше силы, и они могут расколоться на частицы. При интенсивном же и длительном взаимодействии твердые тела могут проявлять текучесть.
Особые свойства твердых тел
- Анизотропия – одно из свойств твердого вещества, которое заключается в зависимости физических свойств от направления в кристалле.
- Изотропия – отсутствие зависимости свойства тела от направления
- Полиформизм – особое свойство, которое заключается в способности твёрдых тел находиться в состоянии с различной кристаллической решёткой. Свойство присуще только твердому агрегатному состоянию веществ.
Молекулы и атомы тел типа аморфные поддаются колебаниям, однако незначительным по сравнению с жидкостью, поэтому по внутренним свойствам их можно приравнять к кристаллическим.
Их атомы не находятся в постоянном процессе перестраивания из одного положения в другое, поэтому их состояние равновесия характеризуется как неменяющееся. Аморфные тела в состоянии низкой температуры отвечают свойствам твердых тел. При повышении температуры – меняются связи на молекулярном уровне, а тела начинают напоминать по своим свойствам жидкость.
Аморфные тела имеют одновременно схожесть и с кристаллическими, и с твердыми телами, и с жидкими. Из частицы находятся в определенном порядке, что позволяет создавать материалы, вещества, предметы с заданными и ожидаемыми свойствами. Управляемые свойства твердых тел физика рассматривает как одно из самых основных направлений практически ориентированного изучения того, какими общими свойствами обладают твердые тела и как этими свойствами управлять.
Пластичность и хрупкость
Есть ряд материалов, которые претерпевают деформацию при небольшом внешнем воздействии. Это свойство пластичности, которое отличает аморфные твердые тела.
Другая группа материалов – это материалы, способные разрушиться при незначительном воздействии. Это свойство хрупкости, оно на практике оказывается более востребованным, чем упругость и пластичность. Одним из наиболее хрупких материалов является фарфор. Нам известно, что будет с фарфоровым предметом, если уронить его с высоты.
Один и тот же материал условно способен приобретать упругость или пластичность зависимо от возникающих напряжений. У разных материалов свой предел прочности: при определенной нагрузке происходит разрыв материала. В таком случае говорят, что напряжение в этом момент достигло своего максимального значения. Эта величина зависит от материала и качества его обработки.
Тема: Три состояния вещества
I вариант
I. Как расположены молекулы в твёрдых телах и как они движутся?
Молекулы расположены на расстояниях меньших размеров самих молекул и перемещаются свободно относительно друг друга. Молекулы расположены на больших расстояниях друг от друга (по сравнению с размерами молекул) и движутся беспорядочно. Молекулы расположены в строгом порядке и колеблются около определённых положений равновесия.
II. Какие из приведённых ниже свойств принадлежат газам?
Имеют определённый объём Занимают объём всего сосуда Принимают форму сосуда Мало сжимаются Легко поддаются сжатию
III. Изменится ли объём газа, если его перекачать из сосуда вместимостью 1 литр в сосуд вместимостью 2 литра?
Увеличится в 2 раза Уменьшится в 2 раза Не изменится
IV. Молекулы расположены на больших расстояниях друг от друга (по отношению с размерами молекул), слабо взаимодействуют между собой, движутся хаотически. Какое это тело?
Газ Твёрдое тело Жидкость Такого тела нет
V. В каком состоянии может находиться сталь?
Только в твёрдом состоянии Только в жидком состоянии Только в газообразном Во всех трёх состояниях
Тема: Три состояния вещества
II вариант
I. Как расположены молекулы жидкостей и как они движутся?
Молекулы расположены на расстояниях, соизмеримых с размерами самих молекул, и перемещаются свободно относительно друг друга. Молекулы расположены на больших расстояниях (по сравнению с размерами молекул) друг от друга и движутся беспорядочно. Молекулы расположены в строгом порядке и колеблются около определённых положений равновесия.
II. Какие из приведённых свойств принадлежат газам?
Занимают весь предоставленный им объём Трудно сжимаются Имеют кристаллическое строение Легко сжимаются Не имеют собственной формы
III. В мензурке находится вода объёмом 100 см3. Её переливают в стакан вместимостью 200 см3. Изменится ли объём воды?
Увеличится Уменьшится Не изменится
IV. Молекулы плотно упакованы, сильно притягиваются друг к другу, каждая молекула колеблется около определённого положения. Какое это тело?
Газ Жидкость Твёрдое тело Таких тел нет
V. В каком состоянии может находиться вода?
Только в жидком состоянии Только в газообразном состоянии Только в твёрдом состоянии Во всех трёх состояниях
Тема: Три состояния вещества
III вариант
I. Как расположены молекулы газов и как они движутся?
Молекулы расположены на расстояниях, меньших размеров самих молекул, и перемещаются свободно относительно друг друга. Молекулы расположены на расстояниях, во много раз больше размеров самих молекул, и движутся беспорядочно. Молекулы расположены в строгом порядке и колеблются около определённых положений.
II. Какие из приведённых свойств принадлежат твёрдым телам?
Трудно изменить форму Занимают весь предоставленный им объём Сохраняют постоянную форму Легко меняют форму Трудно сжимаются
III. Изменится ли объём газа, если его перекачать из баллона вместимостью 20 литров в баллон вместимость.40 литров?
Увеличится в 2 раза Уменьшится в 2 раза Не изменится
IV. Есть ли такое вещество, у которого молекулы расположены на больших расстояниях, сильно притягиваются друг к другу и колеблются около определённых положений?
Газ Жидкость Твёрдое тело Такого вещества не существует
V. В каком состоянии может находиться ртуть?
Только в жидком Только в твёрдом Только в газообразном Во всех трёх состояниях
Тема: Три состояния вещества
IV вариант
I. Ниже указано поведение молекул в твёрдых, жидких и газообразных телах. Что является общим для жидкостей и газов?
То, что молекулы расположены на расстояниях меньших размеров самих молекул и движутся свободно относительно друг друга То, что молекулы расположены на больших расстояниях друг от друга и движутся беспорядочно То, что молекулы движутся беспорядочно друг относительно друга То, что молекулы расположены в строгом порядке и колеблются около определённых положений
II. Какие из указанных свойств принадлежат твёрдым телам?
Имеют определённый объём Занимают объём всего сосуда Принимают форму сосуда Мало сжимаются Легко сжимаются
III. В бутылке находится вода объёмом 0,5 литра. Её переливают в колбу вместимостью 1 литр. Изменится ли объём воды?
Увеличится Уменьшится Не изменится
IV. Молекулы расположены так, что расстояние между ними меньше размеров самих молекул. Они сильно притягиваются друг к другу и перемещаются с места на место. Какое это тело?
Газ Жидкость Твёрдое тело
V. В каком состоянии может находиться спирт?
Только в твёрдом состоянии Только в жидком состоянии Только в газообразном состоянии Во всех трёх состояниях
Ответы к тестам
I вариант I — 3 II — 2, 5 III — 1 IV — 1 V — 4 | II вариант I — 1 II — 1, 4, 5 III — 3 IV — 3 V — 4 | III вариант I — 2 II — 1, 3, 5 III — 1 IV — 4 V — 4 | IV вариант I — 3 II — 1, 4 III — 3 IV — 2 V — 4 |
Свойства твердых тел определяются их химическим составом и зависят от характера межатомных связей, типа кристаллической структуры и степени структурного совершенства, а также от фазового состава. В зависимости от количества образующих их элементов твердое тело можно подразделить на простые (однокомпонентные) и сложные (многокомпонентные) , которые, в свою очередь, могут представлять собой хим. соединения (неорг. или орг. ) либо твердые растворы разл. типа (замещения, внедрения) .
Межатомные связи в твердом теле осуществляются в результате взаимодействия атомов (ионов) и валентных электронов, связь между атомами м. б. ионной, ковалентной, металлич. (см. Химическая связь) , а также ван-дер-ваальсовой, водородной. Для многих твердых тел характерен смешанный тип хим. связи.
Твердые тела бывают кристаллические и аморфные. Кристаллическое состояние характеризуется наличием дальнего порядка в расположении частиц, симметрией кристаллич. решетки (свойством отдельных узлов решетки совмещаться при транс-ляц. перемещении) . Совокупность отдельных узлов решетки образует т. наз. решетку Браве (см. Кристаллы. Кристаллическая структура) .
Кристаллические твердые тела могут быть в виде монокристаллов или поликристаллов. В большинстве областей техники используют поликристаллические твердое тело, монокристаллы находят применение в электронике, произ-ве оптич. приборов, ювелирных изделий и т. д. Структурно-чувствительные свойства твердых тел, связанные с перемещением частиц и квазичастиц, а также магнитных и электрич. доменов и др. существенно зависят от типа и концентрации дефектов кристаллич. решетки. Равновесные собств. точечные дефекты (напр. , вакансии, межузельные атомы) термодинамически обусловлены и играют важную роль в процессах диффузии и самодиффузии в твердое тело Это используется в процессах гомогенизации, рекристаллизации, легирования и др. Ряд практически важных свойств твердых тел зависит от др. видов структурных дефектов, имеющихся в кристаллах, -дислокаций, малоугловых и межзеренных границ, включений и т. д.
Для аморфного состояния твердого тела характерно наличие только ближнего порядка; оно термодинамически неустойчиво, однако при обычных температурах переход в кристаллическое состояние обычно не реализуется и может осуществляться лишь при нагреве. Аморфные твердое тело, в отличие от большинства кристаллических, изотропны.
По фазовому составу твердые тела разделяются на однофазные и многофазные. Форма и распределение фазовых составляющих могут оказывать сильное влияние на разл. свойства многофазных твердых тел. К наиболее важным в практич. отношении свойствам твердое тело относят мех. , электрич. , тепловые, магнитные, оптические.
Механические свойства твердое тело-упругость, пластичность (см. Реология) , твердость. хрупкость, прочность-характеризуют их способность сопротивляться деформации и разрушению при воздействии внеш. напряжений. Для большинства твердых тел (за исключением некоторых полимерных материалов типа каучука) упругая деформация линейно зависит от величины приложенных напряжений (Гука закон) . В монокристаллах и текстурир. поликристаллах упругая деформация анизотропна. твердое тело с металлич. типом хим. связи обычно более пластичны в сравнении с твердое тело, имеющими ионный тип связи, и в большинстве случаев при больших напряжениях испытывают вязкое разрушение (тогда как вторые — обычно хрупкое) . Пластичность твердое тело возрастает с повышением температуры.
Электрические свойства твердых тел, как и многие др. физ. свойства, объясняются на основе квантовомеханических представлений, приведших к разработке зонной теории.
Далее здесь:
https://www.chemport.ru/data/chemipedia/article_3640.html
Тема: Три состояния вещества
I вариант
I. Как расположены молекулы в твёрдых телах и как они движутся?
Молекулы расположены на расстояниях меньших размеров самих молекул и перемещаются свободно относительно друг друга. Молекулы расположены на больших расстояниях друг от друга (по сравнению с размерами молекул) и движутся беспорядочно. Молекулы расположены в строгом порядке и колеблются около определённых положений равновесия.
II. Какие из приведённых ниже свойств принадлежат газам?
Имеют определённый объём Занимают объём всего сосуда Принимают форму сосуда Мало сжимаются Легко поддаются сжатию
III. Изменится ли объём газа, если его перекачать из сосуда вместимостью 1 литр в сосуд вместимостью 2 литра?
Увеличится в 2 раза Уменьшится в 2 раза Не изменится
IV. Молекулы расположены на больших расстояниях друг от друга (по отношению с размерами молекул), слабо взаимодействуют между собой, движутся хаотически. Какое это тело?
Газ Твёрдое тело Жидкость Такого тела нет
V. В каком состоянии может находиться сталь?
Только в твёрдом состоянии Только в жидком состоянии Только в газообразном Во всех трёх состояниях
Тема: Три состояния вещества
II вариант
I. Как расположены молекулы жидкостей и как они движутся?
Молекулы расположены на расстояниях, соизмеримых с размерами самих молекул, и перемещаются свободно относительно друг друга. Молекулы расположены на больших расстояниях (по сравнению с размерами молекул) друг от друга и движутся беспорядочно. Молекулы расположены в строгом порядке и колеблются около определённых положений равновесия.
II. Какие из приведённых свойств принадлежат газам?
Занимают весь предоставленный им объём Трудно сжимаются Имеют кристаллическое строение Легко сжимаются Не имеют собственной формы
III. В мензурке находится вода объёмом 100 см3. Её переливают в стакан вместимостью 200 см3. Изменится ли объём воды?
Увеличится Уменьшится Не изменится
IV. Молекулы плотно упакованы, сильно притягиваются друг к другу, каждая молекула колеблется около определённого положения. Какое это тело?
Газ Жидкость Твёрдое тело Таких тел нет
V. В каком состоянии может находиться вода?
Только в жидком состоянии Только в газообразном состоянии Только в твёрдом состоянии Во всех трёх состояниях
Тема: Три состояния вещества
III вариант
I. Как расположены молекулы газов и как они движутся?
Молекулы расположены на расстояниях, меньших размеров самих молекул, и перемещаются свободно относительно друг друга. Молекулы расположены на расстояниях, во много раз больше размеров самих молекул, и движутся беспорядочно. Молекулы расположены в строгом порядке и колеблются около определённых положений.
II. Какие из приведённых свойств принадлежат твёрдым телам?
Трудно изменить форму Занимают весь предоставленный им объём Сохраняют постоянную форму Легко меняют форму Трудно сжимаются
III. Изменится ли объём газа, если его перекачать из баллона вместимостью 20 литров в баллон вместимость.40 литров?
Увеличится в 2 раза Уменьшится в 2 раза Не изменится
IV. Есть ли такое вещество, у которого молекулы расположены на больших расстояниях, сильно притягиваются друг к другу и колеблются около определённых положений?
Газ Жидкость Твёрдое тело Такого вещества не существует
V. В каком состоянии может находиться ртуть?
Только в жидком Только в твёрдом Только в газообразном Во всех трёх состояниях
Тема: Три состояния вещества
IV вариант
I. Ниже указано поведение молекул в твёрдых, жидких и газообразных телах. Что является общим для жидкостей и газов?
То, что молекулы расположены на расстояниях меньших размеров самих молекул и движутся свободно относительно друг друга То, что молекулы расположены на больших расстояниях друг от друга и движутся беспорядочно То, что молекулы движутся беспорядочно друг относительно друга То, что молекулы расположены в строгом порядке и колеблются около определённых положений
II. Какие из указанных свойств принадлежат твёрдым телам?
Имеют определённый объём Занимают объём всего сосуда Принимают форму сосуда Мало сжимаются Легко сжимаются
III. В бутылке находится вода объёмом 0,5 литра. Её переливают в колбу вместимостью 1 литр. Изменится ли объём воды?
Увеличится Уменьшится Не изменится
IV. Молекулы расположены так, что расстояние между ними меньше размеров самих молекул. Они сильно притягиваются друг к другу и перемещаются с места на место. Какое это тело?
Газ Жидкость Твёрдое тело
V. В каком состоянии может находиться спирт?
Только в твёрдом состоянии Только в жидком состоянии Только в газообразном состоянии Во всех трёх состояниях
Ответы к тестам
I вариант I — 3 II — 2, 5 III — 1 IV — 1 V — 4 | II вариант I — 1 II — 1, 4, 5 III — 3 IV — 3 V — 4 | III вариант I — 2 II — 1, 3, 5 III — 1 IV — 4 V — 4 | IV вариант I — 3 II — 1, 4 III — 3 IV — 2 V — 4 |