Какое из свойств является обязательным признаком аморфного тела
Аморфные тела (структура диоксида кремния)
Твердые тела разделяют на аморфные и кристаллические, в зависимости от их молекулярной структуры и физических свойств.
В отличие от кристаллов молекулы и атомы аморфных твердых тел не формируют решетку, а расстояние между ними колеблется в пределах некоторого интервала возможных расстояний. Иначе говоря, у кристаллов атомы или молекулы взаимно расположены таким образом, что формируемая структура может повторяться во всем объеме тела, что называется дальним порядком. В случае же с аморфными телами – сохраняется структура молекул лишь относительно каждой одной такой молекулы, наблюдается закономерность в распределении только соседних молекул – ближний порядок. Наглядный пример представлен ниже.
На рисунке слева (а) изображена решетка молекул кварца, а справа (б) расположение молекул кварцевого стекла, которое является аморфным телом.
К аморфным телам относится стекло и другие вещества в стеклообразном состоянии, канифоль, смолы, янтарь, сургуч, битум, воск, а также органические вещества: каучук, кожа, целлюлоза, полиэтилен и др.
Свойства аморфных тел
Особенность строения аморфных твердых тел придает им индивидуальные свойства:
- Слабо выраженная текучесть – одно из наиболее известных свойств таких тел. Примером будут потеки стекла, которое долгое время стоит в оконной раме.
- Аморфные твердые тела не обладают определенной температурой плавления, так как переход в состояние жидкости во время нагрева происходит постепенно, посредством размягчения тела. По этой причине к таким телам применяют так называемый температурный интервал размягчения.
График перехода аморфного тела в жидкое состояние изображен пунктирной линией (2), а график перехода обычного твердого тела в жидкое состояние – сплошной (1).
- В силу своей структуры такие тела являются изотропными, то есть их физические свойства не зависят от выбора направления.
- Вещество в аморфном состоянии обладает большей внутренней энергией, нежели в кристаллическом. По этой причине аморфные тела способны самостоятельно переходить в кристаллическое состояние. Данное явление можно наблюдать как результат помутнения стекол с течением времени.
Стеклообразное состояние
В природе существуют жидкости, которые практически невозможно перевести в кристаллическое состояние посредством охлаждения, так как сложность молекул этих веществ не позволяет им образовать регулярную кристаллическую решетку. К таким жидкостям относятся молекулы некоторых органических полимеров.
Материалы по теме
Однако, при помощи глубокого и быстрого охлаждения, практически любое вещество способно перейти в стеклообразное состояние. Это такое аморфное состояние, которое не имеет явной кристаллической решетки, но может частично кристаллизироваться, в масштабах малых кластеров. Данное состояние вещества является метастабильным, то есть сохраняется при некоторых требуемых термодинамических условиях.
При помощи технологии охлаждения с определенной скоростью вещество не будет успевать кристаллизоваться, и преобразуется в стекло. То есть чем выше скорость охлаждения материала, тем меньше вероятность его кристаллизации. Так, например, для изготовления металлических стекол потребуется скорость охлаждения, равная 100 000 – 1 000 000 Кельвин в секунду.
В природе вещество существует в стеклообразном состоянии возникает из жидкой вулканической магмы, которая, взаимодействуя с холодной водой или воздухом, быстро охлаждается. В данном случае вещество зовется вулканическим стеклом. Также можно наблюдать стекло, образованная в результате плавления падающего метеорита, взаимодействующего с атмосферой – метеоритное стекло или молдавит.
Молдавит, естественное стекло, образованное ударом метеорита, из Беседин, Богемия, Чехия.
1. Как изменяется внутренняя энергия идеального газа при адиабатическом сжатии?
А. ∆U = 0. Б. ∆U >0. В. ∆U <0. Г. ∆U может иметь любое значение. Д. Внутренняя энергия идеального газа всегда равна нулю.
2. В каком процессе количество теплоты, переданное газу, равно работе, совершенной газом?
А. В изохорном. Б. В изобарном. В. В адиабатном. Г. В изотермическом. Д. Среди ответов А—Г нет правильного.
3. Газу передано количество теплоты 300 Дж, при этом он совершил работу 100 Дж. Чему равно изменение внутренней энергии газа?
А. 400 Дж. Б. 300 Дж. В. 200 Дж. Г. 100 Дж. Д. 0 Дж.
4. Чему равна работа, совершенная газом при переходе из состояния 1 в состояние 2 (рис. 1)? 
А. 0 Дж. Б. 2000 Дж. В. 4000 Дж. Г. 6000 Дж. Д. Среди ответов А—Г нет правильного.
5. Тепловая машина за цикл от нагревателя получает количество теплоты 100 Дж и отдает холодильнику 75 Дж. Чему равен КПД машины?
А. 75%. Б. -43%. В. -33%. Г. 25%. Д. Среди ответов А—Г нет правильного.
6. Какой из графиков (рис. 2) выражает зависимость давления от температуры для ненасыщенного пара? 
А. 1. Б. 2. В. 3. Г. 4. Д. 5.
7. В цилиндре, герметически закрытом поршнем, находятся вода и насыщенный водяной пар. Как изменится давление в цилиндре, если перемещением поршня объем увеличивается, а температура поддерживается постоянной?
А. Увеличится. Б. Останется неизменным. В. Уменьшится. Г. Может остаться неизменным или уменьшится. Д. Может остаться неизменным или увеличится.
8. Температура кипения воды в открытом сосуде равна 95° С. Какой причиной это может быть вызвано?
А. Атмосферное давление ниже нормального. Б. Атмосферное давление выше нормального. В. Нагревание воды было очень быстрым. Г. Нагревание воды было очень медленным. Д. Ни одна из причин А—Г не могла вызвать понижения температуры кипения.
9. Относительная влажность воздуха в комнате равна 50%. Какое соотношение из приведенных ниже выполняется для показаний сухого Т1 и влажного Т2 термометров?
А. Т1 > Т2 Б. Т1 < Т2 В. Т1 = Т2. Г. Возможны все случаи: Т1 > Т2, Т1 < Т2, Т1 = Т2. Д. Среди ответов А—Г нет правильного.
10. Какое из перечисленных ниже свойств является обязательным признаком любого аморфного тела?
А. Пластичность. Б. Прозрачность. В. Анизотропность. Г. Изотропность. Д. Среди ответов А—Г нет правильного.
11. Внутренняя энергия макроскопических тел зависит …
A. Только от температуры. Б. От температуры и объема. B. Только от объема. Г. От потенциальной и кинетической энергии тела.
12. В процессе нагревания вещество из твердого состояния переходит в жидкое, а затем в газообразное. На рисунке 4 представлен график зависимости температуры вещества от времени при условии постоянного теплообмена Какой участок графика соответствует процессу кипения жидкости? 
А. 1—2. Б. 2—3. В. 3—4. Г. 4—5. Д. 5—6.
13. Переход газа из состояния М в состояние N совершается различными способами: 1, 2, 3, 4 (рис. 5). При каком способе работа газа имеет минимальное значение? 
А. 1. Б. 2. В. 3. Г. 4. Д. При всех способах одинаково.
14. При изотермическом сжатии газа его внутренняя энергия…
A. Увеличивается, так как увеличивается кинетическая энергия молекул газа. Б. Уменьшается, так как уменьшается объем газа. B. Увеличивается, так как увеличивается потенциальная энергия молекул газа.
Г. Не изменяется, так как не изменяется температура газа.
15. Температура, при которой исчезают различия в физических свойствах между жидкостью и ее насыщенным паром, — это …
A. Температура кипения. Б. Температура парообразования. B. Критическая температура. Г. Температура, при которой происходит испарение.
Нужно помнить, что не все тела, которые существуют на планете Земля, имеют кристаллическое строение. Исключения из правила получили название «аморфные тела». Чем же они отличаются? Исходя из перевода данного термина – аморфный – можно предположить о том, что такие вещества отличаются от других своей формой или видом. Речь идет об отсутствии так называемой кристаллической решетки. Процесс расщепления, при котором появляются грани, не происходит. Аморфные тела также отличаются тем, что не зависят от окружающей среды, и их свойства постоянны. Такие вещества называются изотропными.
Небольшая характеристика аморфных тел
Из школьного курса физики можно вспомнить то, что аморфные вещества имеют такое строение, при котором атомы в них расположены в хаотичном порядке. Определенное место могут иметь лишь структуры-соседи, где такое расположение является вынужденным. Но все же проводя аналогию с кристаллами, аморфные тела не обладают строгой упорядоченностью молекул и атомов (в физике такое свойство получило название «дальний порядок»). В результате исследований было выяснено, что по своей структуре данные вещества схожи с жидкостями.
Некоторые тела (в качестве примера можно взять диоксид кремния, чья формула SiO2) могут одновременно находиться в аморфном состоянии и иметь кристаллическую структуру. Кварц в первом варианте обладает структурой неправильной решетки, во втором – правильного шестиугольника.
Свойство №1
Как уже говорилось выше, аморфные тела не обладают кристаллической решеткой. Их атомы и молекулы имеют ближний порядок размещения, что и будет первым отличительным свойством данных веществ.
Свойство №2
Текучестью данные тела обделены. Для того чтобы лучше объяснить второе свойство веществ, можно сделать это на примере воска. Ни для кого не секрет, что если налить воду в воронку, то она просто выльется из нее. То же самое будет и с любыми другими текучими веществами. А свойства аморфных тел не позволяют им проделывать такие «трюки». Если воск поместить в воронку, то он предварительно растечется по поверхности и лишь потом начнет стекать с нее. Это связано с тем, что молекулы в веществе перескакивают из одного положения равновесия в абсолютно другое, не имея основного местоположения.
Свойство №3
Пора поговорить о процессе плавления. Следует запомнить тот факт, что аморфные вещества не имеют определенной температуры, при которой начинается плавление. Во время поднятия градуса тело постепенно становится мягче и затем превращается в жидкость. Физики всегда делают упор не на температуре, при которой данный процесс начал происходить, а на соответствующем температурном интервале плавления.
Свойство №4
О нем уже было сказано выше. Аморфные тела изотропны. То есть их свойства в любом направлении неизменны, даже если условия пребывания в местах различны.
Свойство №5
Хоть раз каждый человек наблюдал, что с течением определенного промежутка времени стекла начинали мутнеть. Это свойство аморфных тел связно с повышенной внутренней энергией (она в разы больше, чем у кристаллов). Из-за этого данные вещества спокойно сами могут перейти в кристаллическое состояние.
Переход к кристаллическому состоянию
Спустя определенный промежуток времени любое аморфное тело переходит в кристаллическое состояние. Это можно наблюдать в привычной жизни человека. Например, если оставить леденец или мед на несколько месяцев, то можно заметить, что они оба потеряли свою прозрачность. Обычный человек скажет, что они просто засахарились. И правда, если разломать тело, то можно заметить наличие кристаллов сахара.
Итак, говоря об этом, необходимо уточнить, что самопроизвольное превращение в другое состояние связано с тем, что аморфные вещества неустойчивы. Сравнивая их с кристаллами, можно понять, что последние в разы «мощнее». Объяснить факт можно благодаря межмолекулярной теории. Согласно ей, молекулы постоянно перескакивают с одного места на другое, тем самым заполняя пустоты. Со временем образуется устойчивая кристаллическая решетка.
Плавление аморфных тел
Процессом плавления аморфных тел называется момент, когда с поднятием температуры все связи между атомами рушатся. Именно тогда вещество превращается в жидкость. Если условия плавления таковы, что давление одинаково на протяжении всего периода, то температура также должна быть фиксированной.
Жидкие кристаллы
В природе существуют тела, которые имеют жидкокристаллическую структуру. Как правило, они входят в перечень органических веществ, а их молекулы обладают нитевидной формой. Тела, о которых идет речь, обладают свойствами жидкостей и кристаллов, а именно текучестью и анизотропией.
В таких веществах молекулы располагаются параллельно друг другу, однако, между ними нефиксируемое расстояние. Они движутся постоянно, но ориентацию менять несклонны, поэтому постоянно находятся в одном положении.
Аморфные металлы
Аморфные металлы больше известны обычному человеку под названием металлические стекла.
Еще в 1940 году ученые заговорили о существовании данных тел. Уже тогда стало известно, что специально полученные вакуумным напылением металлы, не имели кристаллических решеток. И лишь через 20 лет было произведено первое стекло такого типа. Особого внимания у ученых оно не вызвало; и только спустя еще 10 лет о нем заговорили американские и японские профессионалы, а потом уже корейские и европейские.
Аморфные металлы отличаются вязкостью, достаточно высоким уровнем прочности и стойкостью к коррозии.
Тест (итоговый) Физика-10
1.Что называют механическим движением тела?
а)Всевозможные изменения, происходящие в окружающем мире.
б)Изменение его положения в пространстве относительно других тел с течением времени.
в)Движение, при котором траектории всех точек тела абсолютно одинаковы.
2. За первый час автомобиль проехал 40км, за следующие 2 часа ещё 110км. Найдите среднюю скорость движения автомобиля.
а) 40 км/ч б) 50 км/ч в) 110 км/ч г)150 км/ч
3. Движение тела задано уравнением: х=60+5t-10t2. Начальная скорость движения тела = , его ускорение = , перемещение за 1с = .
4.Тело двигалось равномерно на участке _______ с, ускорение на участке 0-5 с = м/с2.
5.Пружину жёсткостью 40Н/м сжали на 2см. Сила упругости равна:
а) 80 Н б) 20 Н в) 8 Н г) 0,8 Н д) 0,2 Н
6.Куда направлен вектор импульса тела?
а) в направлении движения тела б) в направлении ускорения тела;
в) в направлении действия силы г) импульс тела – скалярная величина.
7.На какой высоте потенциальная энергия тела массой 3 кг равна 60 Дж?
а) 2 м б) 3 м в) 20 м г) 60 м д) 180 м
8.Что является лишним в 3-х положениях МКТ:
а) все вещества состоят из частиц б) частицы движутся беспорядочно
в) частицы друг с другом не соударяются г) при движении частицы взаимодействуют друг с другом
9.Масса гелия в сосуде равна 4 г. Сколько атомов гелия находится в сосуде? (молярная масса гелия 4 г/моль)
а)1023 б)4*1023 в) 6*1023 г) 12*1023 д) 24*1023
10. Как изменится давление идеального газа, если средняя квадратичная скорость молекул увеличится в 3 раза?
а) увеличится в 9 раз
б) увеличится в 3 раза
в) уменьшится в 9 раз
г) уменьшится в 3 раза
11. Какое значение температуры по шкале Цельсия соответствует 300 К по абсолютной шкале Кельвина?
а) -573oC б) -27oC в) +27oC г) +573oC
12.Процесс, происходящий при постоянной температуре, называется…
а)изобарным б)изотермическим в)изохорным г)адиабатным
13. Определите работу идеального газа на участке 1→2: а) 1 Дж б) 2 Дж в) 40 Дж г) 80 Дж д) 200 Дж
14.Определите давление одноатомного идеального газа с концентрацией молекул 1021м-3 при температуре 100К.
а) 1,38 Па б) 100 Па в) 138 Па г) 1021 Па
15. Тепловая машина за цикл от нагревателя получает количество теплоты 100 Дж и отдает холодильнику 75 Дж. Чему равно КПД машины ?
а) 75% б) 43% в) примерно 33% г) 25%
16.Какое из перечисленных ниже свойств является обязательным признаком аморфного тела?
а) пластичность б) прозрачность в) анизотропия г) изотропия
17.Как изменится сила кулоновского взаимодействия двух небольших заряженных шаров при увеличении расстояния между ними в 3 раза?
а) уменьшится в 3 раза б) увеличится в 3 раза в) увеличится в 9 раз
г) уменьшится в 9 раз
18.Заряд 6 Кл перемещается между точками с разностью потенциалов 2В. Чему равна работа, совершенная кулоновскими силами?
а) 3 Дж б) 12 Дж в) 1/3 Дж 4) 72 Дж
19.Как изменится электроемкость плоского конденсатора при увеличении площади пластин в 2 раза и одинаковом расстоянии между ними?
а) уменьшится в 2 раза б) уменьшится в 4 раза в) увеличится в 4 раза г) увеличится в 2 раза
20.Определить общее сопротивление цепи на рисунке. (R1 = R2 = R3 = 9 Ом; R4 = R5 = 2 Ом; R6 = 4 Ом).
а) 5 Ом б) 35 Ом в) 12 Ом г) 15 Ом д) 42 Ом
21.Какова сила тока в электрической цепи с ЭДС 6В, внешним сопротивлением 11 Ом и внутренним сопротивлением 1 Ом?
а) 2 Ом б) 3 Ом в) 0,5 Ом г) 12 Ом
22.За какое время электрический ток на участке цепи совершает работу 6 Дж, если напряжение на участке цепи равно 2В, а сила тока в цепи 3А?
а) 26 с б) 9 с в) 4 с г) 1 с
23.Каким типом проводимости обладают полупроводниковые материалы с донорными примесями?
а) в основном
б) в основном дырочной
в) в равной мере электронной и дырочной
24.Какими носителями электрического заряда создается электрический ток в газах?
а) электронами
б) положительными и отрицательными ионами
в) положительными и отрицательными ионами и электронами г) электронами и дырками
25. Задача:
Рабочий с ускорением 1м/с2 тащит по бетонному полу груз, прикладывая при этом силу 250Н. Найдите массу груза, если коэффициент трения μ груза об пол составляет 0,15.
Нормы оценивания: задания №1-24 — 1 балл
Задание №25 — 4 балла
Ответы:
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
б
б
5;-10;55
5-9; 0,4
г
а
а
в
в
а
в
б
в
а
г
г
г
б
г
а
в
г
а
в
100
Учебник по физике
10 класс
- Не все твердые тела — кристаллы. Существует множество аморфных(1) тел. Чем они отличаются от кристаллов?
Тепловые, электрические и оптические свойства аморфных тел одинаковы по всем направлениям: аморфные тела изотропны. Признаком аморфного тела является неправильная форма поверхности при изломе. Кристаллы же при изломе дают плоские (или ступенчатые) поверхности.
В зависимости от условий отвердевания расплава (например, в зависимости от режима его охлаждения) в аморфном состоянии могут оказаться и такие вещества, которые обычно имеют кристаллическую структуру. Так, кристалл кварца, если его расплавить (это происходит при температуре около 1700 °С), при быстром охлаждении образует так называемый плавленый кварц. Этот кварц имеет меньшую плотность, чем кристаллический, и обладает одинаковыми свойствами по всем направлениям.
Сходство аморфных тел с жидкостями
Аморфные тела мы считаем твердыми, так как они, подобно кристаллическим телам, сохраняют свою форму. Однако по прошествии более или менее длительного промежутка времени аморфные тела все же изменяют свою форму под действием, например, силы тяжести. Это делает их похожими на жидкости. Так, длинная стеклянная трубка, положенная на опоры, в конце концов под действием силы тяжести прогибается. Куски вара(2) в воронке с течением времени очень медленно просачиваются в отверстие воронки и выходят из нее в виде стержня. Если на дно сосуда положить пробку, на нее кусочки вара, а сверху на вар положить кусок свинца, то через достаточно большой промежуток времени куски вара сольются в сплошное тело с горизонтальной поверхностью, свинец опустится на дно, а пробка всплывет на поверхность. При повышении температуры такие изменения формы происходят быстрее. Таким образом, вар можно рассматривать как очень вязкую жидкость.
Переход аморфных тел в кристаллические
Аморфное состояние неустойчиво, и рано или поздно вещество из аморфного состояния переходит в кристаллическое. По прошествии более или менее длительного промежутка, времени в аморфном стекле под влиянием ударных нагрузок образуются мелкие кристаллы — стекло мутнеет. Аморфный стекловидный сахарный леденец засахаривается — покрывается кристаллами сахара и т. д.
Иногда переход вещества из аморфного состояния в кристаллическое происходит достаточно быстро. Так, аморфная пластическая сера обретает кристаллические свойства за несколько часов. С другой стороны, археологи обнаруживают стеклянные украшения, не изменившие своего вида за несколько сотен лет.
Ближний порядок
В аморфных телах слагающие его частицы не имеют определенного расположения по всему объему тела, как в кристалле. В расположении атомов (молекул) аморфного тела наблюдается беспорядок. Только ближние атомы — соседи располагаются в относительном порядке. Но строгой повторяемости во всех направлениях одного и того же элемента структуры, которая характерна для кристаллов, в аморфных телах нет. Наблюдается лишь так называемый ближний порядок. На рисунке 8.13, а схематически изображен фрагмент кристаллической решетки кварца — совокупность правильных шестиугольников. Для сравнения на рисунке 8.13, б изображена решетка аморфного кварца. Решетка имеет неправильную форму: наряду с шестиугольниками встречаются пяти- и семиугольники и т. д.
Рис. 8.13
Объяснение свойств аморфных тел
Беспорядок в расположении атомов аморфных тел приводит к тому, что средние расстояния между атомами по разным направлениям оказываются одинаковыми. Поэтому аморфные тела изотропны.
Сходство аморфных тел с жидкостями объясняется тем, что атомы и молекулы аморфных тел, подобно молекулам жидкости, имеют определенное время «оседлой жизни» — конечное время колебаний около положения равновесия. Но в отличие от жидкостей это время велико. В этом отношении аморфные тела близки к кристаллическим, так как перескоки атомов из одного положения в другое происходят редко.
По мере повышения температуры аморфные тела постепенно размягчаются. Это происходит потому, что с ростом температуры учащаются перескоки атомов из одного положения равновесия в другое. Определенной температуры плавления у аморфных тел в отличие от кристаллических нет. Поэтому аморфные твердые тела можно рассматривать как переохлажденные жидкости с очень большой вязкостью.
Упорядоченному расположению атомов кристаллических тел соответствует минимум потенциальной энергии, когда атомы сближаются на минимально возможные расстояния. Отсутствие дальнего порядка в расположении атомов аморфных тел приводит к тому, что вещество в аморфном состоянии имеет меньшую плотность, чем в кристаллическом. И этому состоянию соответствует большая потенциальная энергия взаимодействия. Вот почему аморфное состояние неустойчиво и вещество из аморфного состояния переходит в кристаллическое. Течение процессов в природе направлено в сторону уменьшения энергии.
Образование аморфного вещества из расплава при быстром охлаждении связано с тем, что за это время молекулы (или атомы) не успевают выстроиться в строгом порядке (процесс кристаллизации может требовать много времени) и образовать кристаллическую решетку. Однако для большинства веществ даже быстрого охлаждения недостаточно, чтобы помешать образованию кристаллов. Эти вещества существуют только в кристаллическом состоянии.
Аморфные твердые тела занимают промежуточное положение между кристаллическими твердыми телами и жидкостями. Их атомы или молекулы располагаются в относительном порядке.
(1) От греческого слова amorphos — бесформенный.
(2) Вар — легкоплавкое смолистое вещество.