Фазовые превращения твердых тел.
При нагревании твердого тела подводимая к нему энергия расходуется на увеличение запаса внутренней энергии кристалла (кинетической энергии тепловых колебаний и потенциальной энергии взаимодействия частиц). Сильное нагревание может привести к переходу вещества из кристаллической фазы в жидкую (плавление) или газообразную (сублимацию, возгонка), когда отталкивание молекул из-за увеличения амплитуды колебаний превышает силы их межмолекулярного взаимодействия.
Плавление начинается при определенной температуре, называемой температурой плавления. Процесс плавления происходит при постоянной для данного давления температуре.
Удельная теплота плавления - количество теплоты, которое необходимо подвести к единице массы твердого тела при постоянной температуре плавления.
При охлаждении жидкостей до некоторой температуры, называемой температурой кристаллизации (затвердевания) жидкости, начинается переход вещества из жидкого в твердое кристаллическое состояние (кристаллизация). Кристаллизация связана с выделением количества теплоты, равного теплоте плавления. Температура кристаллизации совпадает с температурой плавления.
Для начала кристаллизации необходимо, чтобы в жидкости имелись центры кристаллизации (посторонние примеси, пылинки, пузырьки газа, местные сгущения). В этих местах в первую очередь возникает правильное взаимное расположение частиц и начинается образование твердой фазы.
Если в жидкости отсутствуют центры кристаллизации и от нее достаточно медленно и равномерно отводится теплота, то жидкость может быть охлаждена до более низкой температуры, чем температура кристаллизации (переохлажденная жидкость). Это состояние жидкости является нестабильным и легко нарушается при небольшом воздействии, например при встряхивании.
Испарение твердых тел (сублимация), происходящее при любой температуре, сопровождается поглощением теплоты испарения, затрачиваемой на преодоление сил связи молекулы с остальным кристаллом.
Сорбция - поглощение вещества твердым телом или жидкостью, если поверхностью, то это адсорбция, если всем объемом, то это абсорбция. Адсорбируемое вещество называется адсорбатом, тело, образующее поглощающую поверхность - адсорбентом. Выделение ранее поглощенного вещества есть десорбция.
Физической адсорбцией является адсорбция, при которой частицы адсорбата сохраняют свои индивидуальные свойства, при химической адсорбции (хеми-сорбции) молекулы адсорбата образуют химическое соединение с адсорбентом. Физическая адсорбция протекает быстро, химическая при низких температурах медленно, но с повышением температуры скорость растет. Процесс адсорбции сопровождается выделением тепла.
Упругие свойства твердых тел
Деформацией твердого тела называются изменения его размеров и объема, сопровождающиеся изменением формы тела. Деформации вызываются изменением температуры или внешними силовыми воздействиями. При деформации
происходит смещение частиц, находящихся в узлах кристаллической решетки. Этому препятствуют силы взаимодействия частиц, вследствие чего возникают внутренние упругие силы, уравновешивающие внешние силы.
Упругой называется деформация, которая исчезает после прекращения действия вызывающей ее силы. Неупругие деформации твердого тела, сопровождающиеся необратимой перестройкой его кристаллической решетки, называются пластическими.
Напряжением а называется физическая величина, численно равная упругой силе F , приходящейся на единицу площади S сечения тела:
а = dF IdS.
ynp
Напряжение называется нормальным, если сила F^ нормальна (перпендикулярна плоскости) к поверхности dS, и касательным, если сила касательна (параллельна) этой поверхности.
Мерой деформации является относительная деформация Dxlx, равная отношению абсолютной деформации Dx к первоначальному значению х, характеризующей размеры или форму тела.
Закон Гука. Напряжение а при упругой деформации тела пропорционально относительной деформации:
Ах
<j = К , х
где К - модуль упругости, численно равный напряжению, которое возникает при относительной деформации, равной единице.
Величина а = 1IK есть коэффициент упругости. Закон Гука справедлив в определенных пределах деформаций. Напряжение, при котором нарушается пропорциональность между напряжением и деформацией, называется пределом пропорциональности.
Одностороннее или продольное растяжение (сжатие) состоит в увеличении (уменьшении) длины тела под действием растягивающей (сжимающей) силы F. Мерой деформации является относительное удлинение (сжатие) А1/1. В этом случае К обозначается Е и называется модулем Юнга. Тогда по закону Гука удлинение составит:
где / - первоначальная длина тела, А/ - изменение длины при нагрузке F, S -площадь поперечного сечения.
Относительное продольное растяжение (сжатие) образца сопровождается его относительным поперечным сужением (расширением) Ad/d, где d-поперечный размер образца.
