Štruktúra a vlastnosti pevných látok Na zaciatku tohto storocia vznikol samostatný odbor - fyzika pevných látok, ktorý sa usiluje ako samostatný fyzikálny odbor preniknút k základným zákonitostiam prírody. Pevné látky sa rozdelujú do dvoch skupín: kryštalické a amorfné látky. Kryštalické látky - pravidelné usporiadanie castíc(atómov, molekúl, iónov), z ktorých sa skladajú. Niekedy sa vyskytujú ako monokryštáli. Castice monokryštálu sa periodicky opakujú v celom kryštáli. V prírode (kamenná sol NaCl, kremen SiO2, a jeho farebné odrody, diamant, granát), umelé(med, olovo, zinok - kovy, germánium, kremík - polovodice, rubín - umelé drahokamy). Väcšina kryštalických látok sa vyskytuje ako polykryštály, lebo sa skladajú z velkého poctu drobných kryštálikov - zrn s rozmermi od 10*10-6 po niekolko mm. Vnútri zrn sú castice usporiadané pravidelne, vzájomná poloha zrn je však náhodná. Medzi polykryštály patria všetky kovy, zeminy, íly, prach a pod. Rozlicná orientácia zrn spôsobuje, že polykryštály sú zväcša izotropné - vlastnosti týchto látok sú vo všetkých smeroch vo vnútri polykryštálu rovnaké. Naproti tomu monokryštály sú anizotropné (sluda). Amorfné látky - okolo vybranej castice k nej najbližšie rozložené približne pravidelne, ale so zväcšujúcou vo vzdialenostou sa táto pravidelnost usporiadania castíc porušuje. Ich štruktúra sa vyznacuje krátkodosahovým usporiadaním. Pri kryštalických látkach sa naopak usporiadanie vyznacuje dalekodosahovým usporiadaním. Amorfné látky (sklo, jantár, živica vosk, asfalt, plasty) sú zväcša izotropné. Lámavost je vo všetkých smeroch rovnaká. Osobitnú skupinu amorfných organických látok tvoria polyméry. Pre vnútornú stavbu kryštálu je typická pravidelnost. Trojrozmerná sústava rovnobežiek tvorí geometrickú mriežku. Priesecníky priamok sú uzlové body. Základná (elementárna) bunka je základný rovnobežnosten, obsadený casticami istým spôsobom. Pravidelným usporiadaním elementárnych buniek vzniká ideálna kryštálová mriežka. kocková sústava - základná bunka má tvar kocky. Dlžka jej hrany sa nazýva mriežková konštanta a. Základná bunka môže byt primitívna, plošne centrovaná alebo priestorovo centrovaná. Primitívna sa v prírode vyskytuje len výnimocne.
Typy väzieb medzi casticami pevných látok:
a) iónová väzba(NaCl, KBr, CsCl, LiF, oxidy alkalických zemín CaO2 apod.). Tieto kryštály sú velmi tvrdé s pomerne vysokou teplotou topenia. Sú však krehké a štiepne pozdlž rovín kolmých na hrany elementárnej bunky. Sú dobré elektrické izolanty. Pri vyšších teplotách sú elektricky vodivé. Zväcša sú priehladné. b) vodíková väzba - najcastejšie v organických látkach, ale tiež napríklad viaže ióny kyslíka v lade c) kovová väzba - mriežka sa skladá z kladných iónov, medzi ktorými sa pohybujú neusporiadaným pohybom valencné elektróny - elektrónový plyn. Velmi dobrá elektrická a tepelná vodivost, povrchový lesk, nepriehladné, dobrá kujnost a tažnost d) kovalentná väzba (diamant, germánium, kremík, karbid kremíka) -smerová väzba, tvrdost, vysoká teplota topenia, v bežných rozpúštadlách nerozpustné, izolanty alebo polovodice e) Van der Waalsova väzba - slabá, typická pre inertné prvky (I, Cl, O, organické zlúceniny), stabilná len pri nízkych teplotách, mäkké, nízka teplota topenia. V reálnych kryštáloch sa najcastejšie uplatnuje viac typov väzieb. Dokonalá priestorová štruktúra však nie je v reálnych kryštáloch. Každý reálny kryštál ma vo svojej štruktúre poruchy (defekty). 1.bodové poruchy a) vakancia - chýbajúca castica v mriežke (kovové zliatiny) b) intersticiálna poloha castíc -castica mimo pravidelného bodu miežky c) prímesy - cudzie atómy, ktoré sa vyskytujú v kryštáli daného chemického zloženia 2.ciarové poruchy - dislokácie, je niekolko typov, napr. hranolová dislokácia Pevné väzby medzi casticami pevných látok spôsobujú, že základnou charakteristikou pevných látok je ich tvar. Deformácia -zmena tvaru pevného telesa spôsobená úcinkom vonkajších síl. Ked pevné teleso nadobudne pôvodný tvar, len co prestanú pôsobit vonkajšie sily, hovoríme o pružnej (elastickej) deformácii. Táto deformácia je docasná. Trvalá deformácia sa nazýva tvárna (plastická).
Druhy jednoduchých deformácií:
1.deformácia tahom - na teleso pôsobia dve sily opacného smeru smerom von z telesa 2.deformácia tlakom - na teleso pôsobia dve sily do vnútra telesa 3.deformácia šmykom - na hornú a dolnú podstavu telesa pôsobia sily F a F` a to v rovinách týchto podstáv. Sily spôsobujú posunutie jednotlivých vrstiev telesa - šmyk. Vzdialenost vrstiev sa však nemení. 4.deformácia ohybom - nastane, ak na teleso pôsobí sila kolmo na jeho pozdlžnu os súmernosti 5.deformácia krútením - na obidva konce telesa pôsobia dve sily rovnakej velkosti, no opacného smeru. V technickej praxi sa najcastejšie vyskytujú deformácie zložené z niekolkých typov jednoduchých deformácií. Sily pružnosti medzi casticami pôsobia proti deformacným silám. Pri pružne deformovanom pevnom telese pôsobia na plochu lubovolného priecneho rezu z oboch strán sily pružnosti. Stav napätosti charakterizujeme pomocou normálového napätia n = Fp / S []=Pa. Ked sa pri deformácii mení dlžka telesa, vzniká predlženie l = l - ll. V praxi uvažujeme o relatívnom predlžení = l /ll. Závislost normálového napätia od relatívneho predlženia vyjadruje krivka deformácie. 1.OA - pružná deformácia. Platí Hookov zákon: Normálové napätie je priamo úmerné relatívnemu predlženiu. a = E. E - modul pružnosti v tahu [E]=Pa, závisí od druhu látky. n- medza úmernosti 2.AB - dopružovanie. Ked prestanú pôsobit vonkajšie sily, deformácia nezanikne hned, ale až po urcitom case. d - medza pružnosti, príliš sa neodlišuje od medze úmernosti. Niektoré látky ich majú dokonca rovnaké. 3.BC - plastická deformácia 4.CD - tecenie materiálu, malej zmene normálového napätia prislúcha velká zmena relatívneho predlženia. k -medza klzu (prietažnosti). 5.DE - spevnenie materiálu. p - medza pevnosti, po jej prekrocení sa poruší súdržnost látky - tyc sa pretrhne. Znalost medze pružnosti a medze pevnosti má velký význam pri výbere materiálov. Krivka deformácie nemá pre všetky látky rovnaký priebeh. Látka je pružná, ked aj pri pomerne velkom je vyvolané n < u (napr. ocel je pružná do = 1%). Ak sa medza pevnosti približuje k medzi pružnosti je látka krehká (liatina, sklo, mramor). Tepelná roztažnost Jav, pri ktorom sa menia rozmery telesa so zmenou teploty sa nazýva tepelná roztažnost. Predlženie tyce je priamo úmerné zaciatocnej dlžke a prírastku teploty. Okolitý tlak je pritom konštantný a zmena teploty nie je príliš velká. l = l1(1 + t). - súcinitel teplotnej dlžkovej roztažnosti. V monokryštáloch sa pri teplotnej roztažnosti prejavuje anizotropia (gula-elipsoid). So zmenou teploty sa mení aj objem telesa. V = V1 (1 + & ;#61508;t). - súcinitel teplotnej objemovej roztažnosti, závisí od druhu látky. Pre anizotropné teleso z pevnej látky je = 3.. Pri velmi nízkych teplotách a klesajú s tretou mocninou T. Teplotná roztažnost v praxi: kolajnice, elektrické vedenie, kovové kotly, pružné kolená na potrubiach s horúcou parou. Dlžkové meradlá, odmerné valce, banky sú presné len pri teplote, pri ktorej boli ciachované. Preto sa presné meradlá zhotovujú z kovov s malým súcinitelom dlžkovej roztažnosti(zliatina platiny a irídia, invar -zliatina železa a niklu).