Пошук по сайту


Будова І властивості твердих тіл. Кристалічні й аморфні тіла. Рідкі кристали. Полімери

Будова І властивості твердих тіл. Кристалічні й аморфні тіла. Рідкі кристали. Полімери

Будова і властивості твердих тіл. Кристалічні й аморфні тіла. Рідкі кристали. Полімери.
1. Кристалічні й аморфні тіла та їхні властивості

Отже, тверді тіла зберігають свою форму і об’єм, характер молекулярного руху — коливання атомів чи молекул навколо положень рівноваги.

Розрізняють кристалічні та аморфні тверді тіла.

У аморфних тіл зберігається ближній порядок у розміщенні атомів, але відсутній дальній.

Властивості аморфних тіл:

1) вони не мають фіксованої температури плавлення, оскільки не мають кристалічної ґратки;

2) ізотропія — фізичні властивості однакові у всіх напрямках.

До аморфних тіл належать смола, скло, пластмаси.

У кристалічних твердих тіл атоми і молекули займають певне, упорядковане положення в просторі. Наслідком цього є геометрично правильна кристалічна ґратка. Вузол кристалічної ґратки — це точка, відносно якої атом (молекула) здійснює коливання.

Властивості кристалів:

1) анізотропія — залежність фізичних властивостей від вибраного в кристалі напрямку.

2) наявність чіткої температури плавлення; уся енергія, яка підводиться до тіла за даної температури, йде на збільшення потенціальної енергії молекул та руйнування кристалічної ґратки. Кінетична енергія молекул незмінна, тому температура тіла під час плавлення не змінюється.

3) залежність від типу кристалічної ґратки.

До кристалів належать метали, лід, сіль, кварц тощо. (Демонстрація кристалів.)

Кристали поділяються на монокристали («моно» — один) — великі поодинокі кристали (кварц, турмалін, сегнетові солі тощо) та полікристали («полі» — багато) — кристали, які складаються з великої кількості дрібних і хаотично орієнтованих кристалів (метали, глина, сплави металів тощо).

Тіла, що складаються з одиночного кристала, називаються мо­нокристалами.

Тіла, що складаються з великої кількості зрослих монокриста­лів, називаються полікристалами.

Прикладом полікристалічного тіла може бути будь-який ме­тал. Фізичні властивості полікристала не залежать від обраного в ньому напрямку.

Вивчення властивостей кристалів дозволило досягти надзви­чайного прогресу в сучасному матеріалознавстві, електроніці, оптиці, медицині. Науковий центр «Інститут „Монокристал“», роз­ташований у Харкові, відомий своїми розробками в галузі вивчен­ня властивостей кристалів далеко за межами України.
2. Типи твердих кристалів

Залежно від виду частинок, розміщених в вузлах кристалічних ґраток, і характеру сил взаємодії між ними кристалі поділяють на чотири типи.

Типи кристалів


3. Механічні властивості твердих тіл

Якщо до твердого тіла прикласти силу, воно деформується — змінює свою форму або об’єм (а найчастіше і те й інше).

Сила, яка виникає під час деформації і перешкоджає цій деформації та напрямлена перпендикулярно до поверхні деформованого тіла, — сила пружності.

Розрізняють пружну і пластичну деформації.

1) Пластична деформація — не зникає після припинення дії зовнішніх сил. (Демонстрація пластичної деформації за допомогою шматка глини, пластиліну.) За пластичних деформацій відбувається ковзання молекулярних шарів один відносно одного, при цьому не виникає «повертальної сили», оскільки відстані між атомами не змінюються.

2) Пружна деформація — повністю зникає після припинення дії зовнішніх сил. (демонстрація пружної деформації за допомогою пружини, гумової стрічки). За пружних деформацій змінюються відстані між атомами, оскільки намагається набути попередньої форми.

У випадку пружної деформації сила пружності визначається законом Гука.

Закон Гука: сила пружності прямо пропорційна абсолютному подовженню тіла і протилежно йому напрямлена: ,

де x — абсолютне подовження тіла, що визначається різницею кінцевої і початкової довжини тіла (у СІ вимірюється в метрах (м)), k — коефіцієнт пружності або жорсткості (у СІ вимірюється в ньютонах на метр (Н/м)).

Коефіцієнт пружності залежить від геометричних розмірів тіла (початкової довжини тіла l0 та площі поперечного перерізу тіла S) та виду речовини (E — модуль Юнга або модуль пружності).

Модуль Юнга E чисельно дорівнює механічній напрузі, яка виникає в тілі при подовженні тіла на величину, яка дорівнює його початковій довжині. .(В СІ модуль Юнга вимірюється в паскалях (Па).) Ця величина характеризує опірність матеріалу пружній деформації. Модуль Юнга представлений в фізичних довідниках.

Види деформацій








4. Рідкі кристали

Рідкокристалічним станом речовини називається такий стан, властивості якого є проміжними між властивостями твердого крис­тала й рідини. Агрегатні стани речовин поділяються на три види: твердий, рідкий і газоподібний, однак такий поділ не відбиває внутрішньої будови речовини, ступеня впорядкованості її части­нок. Деякі речовини (скло, смоли) мають властивості, характерні й для твердих, і для дуже в’язких переохолоджених рідин. Зокре­ма, деякі органічні матеріали переходять із твердого стану в рідкий у кілька етапів, що включають утворення нової фази, яку назива­ють рідкокристалічним станом (рідким кристалом).

Уперше утворення нової, незвичайної фази відзначив австрій­ський ботанік Рейнітцер у 1888 р., коли вивчав властивості отри­маної ним нової органічної речовини — холестерилбензоату. Однак холестерилбензоат — не унікальна речовина. Було виявлено ще чимало таких самих речовин і запропоновано назвати їх рідкими кристалами (РК).

Рідкі кристали — особливий стан деяких органічних речо­вин, у якому вони характеризуються текучістю та властивістю утворювати просторові структури, подібні до кристалічних. Рідкі кристали утворюються в речовинах із видовженою формою моле­кул, взаємна орієнтація яких зумовлює анізотропію їх фізичних властивостей.

Рідкі кристали дуже чутливі до змін зовнішніх умов. Напри­клад, навіть за незначної зміни температури, тиску, електричного або магнітного полів вони можуть змінювати свій колір.

Ця властивість рідких кристалів використовується в різних приладах, наприклад у рідкокристалічних медичних термометрах. Особливо широко застосовуються рідкі кристали для виготовлення дисплеїв — від годинників і мобільних телефонів до комп’ютерів і телевізорів.

Усі форми життя так чи інакше пов’язані з діяльністю жи­вої клітини, багато структурних ланок якої подібні до структури рідких кристалів. Маючи чудові діелектричні властивості, рідкі кристали утворюють внутрішньоклітинні гетерогенні поверхні, регулюють взаємозв’язки між клітиною і зовнішнім середовищем, а також між окремими клітинами й тканинами, надають необ­хідної інертності складовим клітини, захищаючи її від фермента­тивного впливу. Тож установлення закономірностей поводження рідких кристалів відкриває нові перспективи в розвитку молеку­лярної біології.
5. Полімери

Полімери (від грецьк. polymeres — «той, що складається з ба­гатьох частин», «різноманітний») — хімічні сполуки з високою молекулярною масою (від кількох тисяч до багатьох мільйонів), молекули яких складаються з великої кількості повторюваних угруповань (мономерних ланок).

За походженням полімери поділяються на природні (напри­клад, білки, нуклеїнові кислоти, смоли природні) і синтетичні (на­приклад, поліетилен, поліпропілен, фенол-формальдегідні смоли).

Природні (біополімери) утворюються в результаті життєдіяль­ності рослин і тварин і містяться в деревині, шерсті, шкірі. Це про­теїн, целюлоза, крохмаль, шелак, лігнін, латекс. Їх можна виділи­ти з рослинної та тваринної сировини.

Зазвичай природні полімери піддають операціям виділення, очищення, модифікації, під час яких структура основних ланцю­гів залишається незмінною. Продуктом такої переробки є штучні полімери. Прикладами є латекс, виготовлений з натурального каучуку; целулоїд, що являє собою нітроцелюлозу, пластифіковану камфорою для підвищення еластичності.

Природні та штучні полімери відіграли значну роль у сучасній техніці, а в деяких галузях залишаються незамінними й дотепер, наприклад у целюлозно-паперовій промисловості. На основі полі­мерів виготовляють гуми, волокна, пластмаси, плівки й лакофар­бові покриття.

Усесвітньо відомим науковим центром дослідження й розробки полімерних матеріалів для багатьох галузей промисловості є Інсти­тут хімії високомолекулярних сполук Національної академії наук України (Київ).
6. Молекулярна будова живих організмів

Усі живі організми, за винятком вірусів, мають клітинну будо­ву. Це одиниця будови всіх живих організмів. На клітинному рівні здійснюється перетворення речовин і енергії та передача інформа­ції.

Усі біосистеми характеризуються високою впорядкованістю, що може підтримуватися лише завдяки процесам, що протікають у них. До складу всіх біосистем надмолекулярного рівня входять певні органічні речовини, деякі неорганічні сполуки, а також вели­ка кількість води. Упорядкованість клітини проявляється в тому, що для неї характерний певний набір клітинних компонентів.

Наприклад, молекули нуклеїнових кислот, що несуть спадкову інформацію, містять мільйони атомів, розташованих у чітко визна­ченому порядку. Ці молекули утворюють подвійні спіралі у вигля­ді дуже довгих ланцюгів. Так, загальна довжина всіх молекул ну­клеїнових кислот, що містяться в організмі однієї людини, більш ніж у 100 разів перевищує відстань від Землі до Сонця.

Злагоджене функціонування біологічних молекул не можна описати тими ж засобами, якими описується будова речовини в не­живій матерії.

Однак фізика і біологія, об’єднавшись, утворили нову науку — біофізику. Ця наука вивчає будову живих організмів, використо­вуючи методи як фізики, так і біології (а також інших наук, напри­клад, хімії та інформатики).

Біологічні об’єкти, як правило, дуже складні, і на процеси, що протікають у них, впливає чимало факторів, часто взаємоза­лежних. За допомогою кореляції фізичних даних із біологічними можна отримати більш глибоке розуміння процесів у досліджува­ному біологічному об’єкті.

поділитися в соціальних мережах



Схожі:

Будова й властивості твердих тіл. Кристалічні й аморфні тіла. Анізотропія...
Кристалічні І аморфні тіла та їх властивості, типи кристалів, механічні властивості твердих тіл, розвивати вміння аналізувати фізичний...

Закон Гука
Тверде тіло – агрегатний стан речовини, який характеризується стабільністю форми в нормальних умовах І тим, що атоми в ньому здійснюють...

Уроку Тема, зміст уроку
Поняття про об’єм тіла. Основні властивості об’ємів. Об’єм паралелепіпеда. Об’єм призми

Момент сили. Умови рівноваги тіла
Рівновагою тіла називають такий стан, коли будь-яке прискорення тіла дорівнює нулю, тобто всі дії на тіло сил І моментів сил зрівноважені....

Як називаються тіла, що обмежують рух даного тіла в просторі?
...

Методична розробка інтегрованого уроку малювання, читання та інформатики...
Тема: Елементарна будова тварин. Практична робота «Створення малюнків тварин у програмі Paint»

Багатогранники. Платонові тіла
Мета: познайомити учнів з правильними багатокутниками, забезпечити засвоєння знань про платонові тіла; поглибити знання про взаємозв’язок...

Підручник: О. С.Істер. Геометрія, «Освіта»
Тема I. Елементарні геометричні фігури та їх властивості (8 год) Точка І пряма. Властивості точок І прямих. Промінь Відрізки. Вимірювання...

Урок 5 Тема. Трапеція, види трапецій та їх властивості
Навчальна мета: сформувати поняття трапеції, вивчити окремі види трапецій та їх властивості, формувати навики їх застосування при...

Урок №13 Тема: Взаємодія тіл. Результат взаємодії- деформація І зміна...
Тема: Взаємодія тіл. Результат взаємодії— деформація І зміна швидкості. Інерція. Маса як міра інертності



База даних захищена авторським правом © 2017
звернутися до адміністрації

geo.lekciya.com.ua
Головна сторінка