Zápisky ze sexty

4. Struktura a vlastnosti pevných látek

• s – solid
• zachovávají si svůj tvar a objem pokud na ně nepůsobí vnější (deformační) síly

Druhy pevných látek

a) krystalické

• vytváří krystaly
• molekuly jsou pravidelně uspořádány
• přírodní (NaCl, CaCO₃, křemen), umělé (rubín, křemík)
• dalekodosahové uspořádání = narůstá, je viditelný pouhým okem
• polykrystal = velký počet malých krystalků (zrn) – většina krystalických látek (kovy, zeminy, prach)
• uvnitř zrn jsou částice uspořádány pravidelně, vzájemná poloha zrn je však nahodilá (pozinkovaný plech)
• monokrystal = základní krystal
• izotropní = různá nahodilost zrn (uvnitř krystalu jsou všechny vlastnosti stejné)
• anizotropní = fyzikální vlastnosti jsou závislé na směru vzhledem ke stavbě krystalu (monokrystaly)

b) amorfní

• ­ krátkodosahové, nepravidelné uspořádání
• ­ kolem vybrané částice jsou částice rozloženy přibližně pravidelně, ale s rostoucí vzdáleností se pravidelnost uspořádání částic porušuje
• ­ sklo, pryskyřice, asfalt, saze, gely, masti, plasty, dřevěné uhlí, koks
• ­ polymery = látky organického původu, jejich skupina se pravidelně opakuje, plasty, bílkoviny, polysacharidy, pryž, kaučuk, pryskyřice

• ­ podle způsobu jak jsou v krystalu vázány jednotlivé atomy se rozlišují následující typy krystalů: iontové, vodíkové, kovové, kovalentní, wan der waalsovy, kovové a kovalentní

4.1 krystalová mřížka

• ­ základní (elementární) buňka = krychle obsazená určitým způsobem částicemi
• ­ krystalová mřížka = struktura, kterou vytvářejí pravidelně uspořádané částice krystalické látky, vzniká posouváním buňky do všech směrů
• ­ získáváme krystal libovolných rozměrů
• ­ mřížkový parametr = a = délka hrany základní buňky ideální krystal vznikne dokonalým uspořádáním částic (v přírodě málo pravděpodobné)

Krystalové soustavy

• ­ dělíme podle: počtu rovin souměrnosti, os souměrnosti, př´tomnosti či nepřítomnosti středu souměrnosti
• ­ kosočtverečná, krychlová, šesterečná, čtverečná, jednoklonná, trojklonná, klencová

Krychlová

• ­ kubická
• ­ nejjednodušší

a) prostá

b) plošně centrovaná

c) prostorově centrovaná

4.2 Poruchy krystalové mřížky

• ­ každý reálný krystal má ve své struktuře určitou nepravidelnost (poruchu)
• ­ defekty (poruchy) se dělí na bodové a čárové

1) bodové

a) vakance

• ­ uprázdněné, volné místo
• ­ porucha vzniklá neobsazením rovnovážné polohy částice v krystalové mžížce
• ­ příčinou nejčastěji tepelný kmitavý pohyb částic, který umožní některým částicím uniknout ze svého místa

b) intersticiální poloha

• ­ intersticiální = uložený v mezeře
• ­ částice je v místě mimo pravidelný bod krystalové mřížky
• ­ porucha souvisí s vakancí

c) příměs

• ­ příměsy (nečistoty) = cizí částice, které se vyskytují v krystalu daného chemického složení
• ­ intersticiální poloha nebo nahrazení jinou částicí
• ­ „porucha“ žádoucí u příměsových polovodičů, zušlechťování ocele, výroba skla

2) čárová porucha

• ­ porucha podél určité čáry

4.3 Deformace pevného tělesa

• ­ změna rozměrů a objemu → doprovázena změnou tvaru tělesa
• ­ nastává účinkem vnějších sil
• ­ změna tvaru je možná po vykonání práce na změnu vazeb

1) pružná (elastická)

• ­ pevné těleso získá původní tvar jakmile přestanou působit vnější deformační síly
• ­ pružnost = vlastnost tělesa obnovovat svoje rozměry, tvar i objem

2) trvalá (plastická)

• ­ neobnovuje svůj objem ani tvar

Způsob deformací

1) tahem

2) tlakem

3) ohybem

4) kroucením

5) smykem

4.4 Síla pružnosti a normálové napětí

- při deformaci jsou částice působením vnějších sil vychylovány ze svých rovnovážných poloh – tomu brání síly vzájemného působení mezi částicemi pevného tělesa

- říkáme, že při deformaci vznikají v tělese síly pružnosti

- síla pružnosti = síla bránící deformaci

- je-li těleso pružně deformováno tlakem nebo tahem je v rovnovážném stavu velikost síly pružnosti (F_P) rovna velikosti deformující síly (F)

- v libovolném příčném řezu deformovaného tělesa působením sil pružnosti vzniká stav napjatosti, který charakterizuje veličina normálové napětí (δ_N – sigma)

- δ_N = F_P/S (N.m^-2, Pa)

- mez pružnosti = nejvyšší hodnota normálového napětí, při kterém je deformace tahem nebo tlakem pružná

- dovolené napětí = maximální v praxi přípustná hodnota normálového napětí při deformaci tahem nebo tlakem

Použití v praxi

- architektura, stavebnictví, materiálové inženýrství (ocelová lana), sport

- normálová napětí se zkoumají experimentálně

4.5 Hookův zákon

- při deformaci tlakem se uvažované těleso prodlouží z původní délky l₁ na novou délku l₂

- rozdíl těchto délek nazýváme prodloužení – l = l₂ – l₁

- relativní prodloužení ε = l/l₁ è bez jednotky

Hookův zákon

- při pružné deformaci tahem je normálové napětí δ_N přímo úměrné ε è čím více těleso napínám, tím více se prodlužuje

- δ_N = E. ε

- E = modul pružnosti v tahu, látková konstanta úměrnosti, hodnotu nejdu v tabulkách, určuje se experimentálně

Význam Hookova zákona

- technika

- stavebnictví

- pomáhá zjistit o kolik se daný materiál při zátěži prodlouží

4.6 Teplotní roztažnost pevných látek

- změna délky nebo objemu při změně jeho teploty

- délková nebo objemová

- nejlépe pozorovatelná u tyčí a drátů

- prodloužení je přímo úměrné jeho původní délce a přírůstku její teploty

- _∆l = α.l₁._∆t

- _∆l … prodloužení, m; l – l₁

- _∆t … rozdíl teplot

- α … materiálová konstanta, teplotní součinitel délkové roztažnosti (K^-) – reciproký kelvin

Objemová roztažnost

- _∆V = β.V₁._∆t

- β = 3 α

Praxe

- koleje, telefonní dráty, měděné dráty