Struktura a vlastnosti pevných látek


Úvod

Pevné látky jsou látky, které si zachovávají svůj tvar = odlišnost od kapalných a plynných látek. Dělí se na krystalické a morfní.


Krystalické látky

Struktura monokrystalu Struktura polykrystalu Krystalická forma SiO2_2
struktura monokrystalu struktura monokrystalu Krystalická forma SiO2

Ideální krystalová mřížka

Ideální krystalová mřážka

Druhy základních kubických buňek

Prostá buňka Plošně centrovaná buňka Prostorově centrovaná buňka
Prostá buňka Prostá buňka Prostorově centrovaná buňka

Poruchy krystalové mřížky

Vyskytují u všech krystalů – každý reálný krystal má poruchy (defekty) – nejjednodušší jsou bodové poruchy

Vakance Intersticiální poloha částice Příměsi
Vakance Intersticiální poloha částice Příměsi

Amorfní látky

Amorfní forma SiO2_2
amorfní forma SiO2

Vazby v pevných látkách

Vazebné síly působí vždy, váží k sobě částice, z nichž se látka (krystalová mřížka) skládá - u pevných látek se jedná o tyto vazby:


Deformace pevného tělesa

Deformace tělesa je změna rozměrů, tvaru nebo objemu tělesa, která je způsobena vnějšími sílami.

Druhy deformací

Základní deformace

V praxi se daleko častěji opět vyskytují deformace složené z několika jednoduchých deformací. Při deformaci jsou částice působením vnějších sil vychylovány ze svých rovnovážných poloh. Tomu brání síly vzájemného působení mezi částicemi pevného tělesa. Při deformaci tak vznikají v tělese síly pružnosti.

Deformace tahem

Na těleso působí dvě stejně velké síly ve směru ven z tělesa, které leží na téže vektorové přímce. Tato vektorová přímka u pravidelných těles většinou splývá s osou souměrnosti. Například zavěšené lano jeřábu, výtahu,…

Deformace tahem

Deformace tlakem

Od deformace tahem se liší pouze tím, že působící síly míří dovnitř tělesa. Například pilíře mostu, nosníky konstrukce domů, …

Deformace tlakem

Deformace ohybem

U těles, na něž působí síla kolmo k jejich podélné ose. Dolní vrstvy tělesa jsou deformovány tahem, horní vrstvy tlakem a střední vrstva zachovává svou délku. Např. tyč podepřená na obou koncích, …

Deformace ohybem

Deformace smykem

Na horní a dolní podstavu těles působí tečné opačně orientované síly v rovinách těchto podstav. Síly způsobují vzájemné posunutí jednotlivých vrstev tělesa, přičemž se nemění jejich vzdálenost. Např. šroub, nýt,…

Deformace smykem

Deformace kroucením

Je způsobena dvěma silovými dvojicemi, jejichž momenty jsou stejné velké, ale mají opačný směr. Např. hřídele strojů, vrtáky při vrtání, šrouby během utahování, …

Deformace kroucením


Síla pružnosti FpF_p

Je-li těleso pružně deformováno tahem nebo tlakem, je v rovnovážném stavu velikost síly pružnosti Fp\vec F_p rovna velikosti deformující síly F\vec F.

Normálové napětí σn\sigma_n

Vzniká v příčném řezu deformovaného tělesa (stav napjatosti)

σn=FpS\sigma_n = \frac{F_p}{S}

Křivka deformace

Graf závislosti normálového napětí na relativním prodloužení

Síla pružnosti

Hookův zákon pro pružnou deformaci tahem

Při dehormaci tahem se těleso prodlužuje

Hookův zákon

Δl=ll0\Delta l = l - l_0

Relativní prodloužení ϵ\epsilon

ϵ=Δll0\epsilon = \frac{\Delta l}{l_0}

Při pružné deformaci tahem je normálové napětí přímo úměrné relativnímu prodloužení.

σn=Eϵ \sigma_n = E\epsilon  Δl=FpL1ES\Delta l = \frac{F_pL_1}{ES}

Teplotní roztažnost pevných látek

Fyzikální jev spočívající ve změně rozměrů tělesa při změně jeho teploty

Teplotní délková roztažnost

Prodloužení tyče je přímo úměrné počáteční délce tyče a přírůstku její teploty. (když se změní teplota, změní se i délka)

Δl=αl0Δt\Delta l = \alpha l_0 \Delta t l=l0[1+α(tt0)]l = l_0 [1 + \alpha (t - t_0)]

Teplotní objemová roztažnost

Při změně teploty se změní i objem

V=V0[1β(tt0)]V = V_0[1 \beta (t - t_0)]

Změna skupenství

Tání

lt=Ltml_t = \frac{L_t}{m}

Tuhnutí (krystalizace)

Krystalizace

Sublimace

ls=Lsml_s = \frac{L_s}{m}

Desublimace