Физика (лучшее)
мов, молекул, ионов),
расположенных в узлах кристаллической решётки, различают четыре типа
кристаллов: атомные, ионные, металлические и молекулярные кристаллы.
1. Ионные кристаллы. В узлах кристаллической решётки этих кристаллов
располагаются новы разных знаков, причём они чередуются между собой. Силы
взаимодействия между ними электростатические (кулоновские). Связь,
обусловленная кулоновскими силами притяжения, называется ионной или
гетерополярной. В ионном кристалле нельзя выделить отдельные молекулы.
Примерами ионных кристаллов являются галоидные соединения щелочных металлов
(NaC1, KBr, KCI и другие), а также оксиды различных элементов (CaO, MgO и
т.д.).
2. Атомные кристаллы. В этих кристаллах в узлах кристаллической решётки
находятся нейтральные атомы, которые удерживаются в них так называемыми
ковалентными связями. Ковалентная связь возникает только между двумя
атомами парами валентных электронов (по одному от каждого атома),
движущихся по орбитам, охватывающих оба атома. Поэтому число связей, в
которых может участвовать данный атом, а следовательно, и число соседних
атомов, связанных с ним, равно его валентности. Атомными кристаллами
являются алмаз, кремний, германий и т.д. В перечисленных кристаллах каждый
атом, например кремний, окружен четырьмя такими же атомами, поскольку его
валентность равна четырём. Атомы образуют кристаллическую структуру, в
которой один атом расположен в центре тетраэдра, а четыре - в его вершинах.
При этом ковалентная связь образуется между центральным атомом и атомами в
вершинах тетраэдра.
3. Металлические кристаллы. Во всех узлах кристаллической решётки
расположены положительные ноны. Это объясняется тем, что при образовании
кристаллической решётки валентные электроны, наиболее слабосвязанные с
атомами, отрываются от атомов и коллективизируются, т.е. они уже
принадлежат не одному атому, а всему кристаллу в целом. Поэтому в металлах
между положительными нонами хаотически движутся электроны, взаимодействие
которых с положительными нонами металла и приводит к возникновению сил
притяжения, компенсирующих силы отталкивания ионов и образованию кристалла.
4. Молекулярные кристаллы. В узлах кристаллической решётки располагаются
молекулы, ориентированные определённым образом. Силы, образующие кристалл,
имеют электростатическое происхождение. Следует отметить, что многие
свойства тел, такие как трение, прилипание, сцепление, поверхностное
натяжение, вязкость и т.д. являются проявлением электростатических сил. К
молекулярным кристаллам относятся лёд, йод, парафин, большинство твёрдых
органических соединений и т.п., а также водород, аргон, метан и другие газы
после превращения их в твёрдые тела.
2. При строительстве и конструировании различных сооружений, в том числе и
строительных, необходимо знать механические свойства используемых
материалов: бетона, железобетона, стали, пластмасс и т.д. Поэтому
рассмотрим лишь механические свойства твёрдых тел.
1. Основные понятии. деформацией называется изменение формы и размеров
тела под действием приложенных сил. Различают два вида деформации — упругую
и пластическую. Упругой называют деформацию, которая исчезает после
прекращения действия приложенных сил. Если же после снятия сил тело не
возвращается в исходное состояние, то такая деформация называется
пластической (неупругой). Вид деформации зависит от материала тела и от
величины приложенного усилия. Механическим усилием (усилием) р называют
внешнюю силу, отнесённую к единице площади, т.е.
[pic]
где F — сила, действующая на площадку S. При деформации в теле возникают
cилы, противодействующие внешним силам. Их называют упругими. Упругая сила,
отнесённая к единице площади, называется механическим напряжением
(напряжением)
[pic]
где Fупр сила, действующая на площадку S.
Деформацию тел оценивают абсолютной и относительной деформацией.
Абсолютной деформацией (Х называют разность конечного Х и начального
Х0 размера тела, т.е.
[pic]
Абсолютная деформация при растяжении положительная, а при сжатии —
отрицательная. Относительной деформацией ( называется отношение абсолютной
деформации к первоначальному размеру тела, т.е.
[pic]
Относительная деформация показывает, на какую часть изменились
первоначальные размеры тела. Существуют различные виды деформации:
продольное растяжение (или сжатие), сдвиг, кручение, изгиб. Рассмотрим
некоторые из них.
2. Продольное растяжение (или сжатие). Простейшим видом деформации
твёрдого тела является продольное растяжение (сжатие). Оно возникает в
тонком стержне, один конец которого закреплён, а к другому вдоль его оси
приложена сила Г, равномерно распределённая по поперечному сечению стержня
В результате этого длина стержня изменяется от [pic] до [pic] Гук показал,
что при упругой деформации удлинение(сокращение) [pic]стержня
пропорционально приложенной силе
[pic]
где k - коэффициент пропорциональности. Это соотношение называют законом
Гука. Однако удлинение (сжатие) тела зависит не только от приложенной силы,
но и от его геометрической формы и размеров, а также от материала, из
которого оно сделано. Опытным путём установлено, что чем длиннее стержень,
тем он больше удлиняется (сокращается) при данной силе, и чем больше
площадь его поперечного сечения, тем его удлинение (сокращение) меньше. Это
утверждение можно записать математически следующим образом:
[pic]
где l0 и S - длина и площадь поперечного сечения стержня, (l - изменение
длины стержня под действием силы F, Е — модуль Юнга. Но, усилие,
действующее на стержень, равно F/S = р, так как сила равномерно
распределена по сечению, и (l/I0 = ( — относительное удлинение (сжатие)
стержня Тогда соотношение запишется в виде [pic]
т.е. в пределах упругости относительная деформация пропорциональна усилию,
приложенному к телу.
Усилие, приложенное к телу, одинаково в любом поперечном сечении стержня.
Оно вызывает появление внутри стержня напряжении, которые также будут
одинаковы по всей его длине и равны усилию по модулю, но противоположны по
направлению, т.е. [pic]. С учётом этого выражение запишется:
[pic]
Таким образом, напряжение упруго-деформированного тела пропорционально его
относительной деформации.
Модуль Юнга является важной характеристикой материала, из которого
изготовлено тело, независимо от его формы и размеров. Он измеряется в
паскалях (Па). Выясним физический смысл модуля Юнга. Из (42.7) следует, что
если е = 1 (когда Al = ‘о), то Е = р, т.е. модуль Юнга равен усилию,
которое надо приложить к телу, чтобы изменить его длину вдвое при
сохранении упругой деформации. В действительности же подавляюще число
материалов разрушается значительно раньше, чем это произойдёт.
Следовательно, величина Е вычисляется, а не измеряется непосредственно.
Наиболее удобным способом исследования механических свойств твёрдого тела
является его испытание на растяжение и построение диаграмм растяжения, т.е.
зависимости между относительным удлинением ( и усилием p.
Билет № 26
1. Радиоактивность. Процесс самопроизвольного распада атомных ядер
называют радиоактивностью. Радиоактивный распад ядер сопровождается
превращением одних нестабильных ядер в другие и испусканием различных
частиц. Было установлено, что эти превращения ядер не зависят от внешних
условий: освещения, давления, температуры и т.д. Существует два вида
радиоактивности: естественная и искусственная. Естественная радиоактивность
наблюдается у химических элементов находящихся в природе. Как правило, она
имеет место у тяжёлых ядер, располагающихся в конце таблицы Менделеева, за
свинцом. Однако имеются и лёгкие естественно-радиоактивные ядра: изотоп
калия [pic], изотоп углерода [pic] и другие. Искусственная радиоактивность
наблюдается у ядер, полученных в лаборатории с помощью ядерных реакций.
Однако принципиального различия между ними нет.
Известно, что естественная радиоактивность тяжёлых ядер сопровождается
излучением, состоящим из трёх видов: (-, (-, (-лучи. (-лучи - это поток
ядер гелия [pic] обладающих большой энергией, которые имеют дискретные
значения. (-лучи - поток электронов, энергии которых принимают
всевозможные значения от величины, близкой к нулю до 1,3 МэВ. (-лучи —
электромагнитные волны с очень малой длиной волны.
Радиоактивность широко используется в научных исследованиях и технике.
Разработан метод контроля качества изделий или материалов – дефектоскопия.
Гамма-дефектоскопия позволяет установить глубину залегания и правильность
расположения арматуры в железобетоне, выявить раковины, пустоты или участки
бетона неравномерной плотности, случаи неплотного контакта бетона с
арматурой. Просвечивание сварных швов позволяет выявить различные дефекты.
Просвечиванием образцов известной толщины определяют плотность различных
строительных материалов; плотность, достигаемую при формировании бетонных
изделий или при укладке бетона в монолит, необходимо контролировать, чтобы
получит заданную прочность всего сооружения. Степень уплотнения грунтов и
дорожных оснований — важный показатель качества работ. По степени
поглощения (-лучей высокой энергии можно су
| |  скачать работу |
Физика (лучшее) |
