Механічні та теплові властивості твердих тіл

До механічних властивостей, що відбивають внутрішні зв'язки між молекулами й атомами речовини, відносяться, в основному, пружність, міцність, твердість і в'язкість. Теплові властивості, що обумовлені внутрішньою енергією руху молекул, атомів і електронів, характеризуються теплоємністю, тепловим розширенням, теплопровідністю.

Механічні властивості твердих тіл характеризують їх реакцію на прикладене навантаження. Відомості про механічні властивості твердих тіл важливі для розуміння природи сил їх хімічного зв`язку, для вивчення теплових характеристик твердих тіл і т.д. Знання механічних властивостей необхідно також для застосування твердих тіл як конструкційних матеріалів. Наприклад, міцність характеризує таку величину механічного напруження, яка викликає руйнування твердого тіла. Однак до їх руйнування тверді тіла демонструють пружність – властивість повністю відновлювати свою форму після зняття прикладеного до них зовнішнього навантаження. Якщо ж зовнішня діюча сила достатньо велика, то перед руйнуванням звичайно спостерігається пластичність, коли зміна форми твердого тіла відбувається не миттєво, але з певною швидкістю (руйнування відбувається на кінцевій стадії пластичного деформування). Для конструкційних матеріалів розглядаються ще інші механічні характеристики: твердість, механічна втомлюваність, радіаційна стійкість та ін.

Механічні властивості, особливо пружні, визначають практичне використання кристалів в електроніці (п`єзоелектроніці, акустоелектроніці, акустооптиці, тощо). Вивчаючи пружні властивості, можна не враховувати атомної (дискретної) структури кристала, обмежившись розглядом кристала як суцільного однорідного середовища (континуальне наближення). Цей підхід цілком виправданий до частоти меншої за 10¹² Гц, яка набагато вища від частот експлуатації звичайних пристроїв електроніки (до 10¹¹ Гц).

Однак деформування твердого тіла змінює взаємне розміщення атомів, внаслідок чого в ньому виникають сили, які намагаються повернути тіло у вихідне положення. Сили, що виникають у деформованому тілі, називають внутрішніми. Величину цих сил, розраховану на одиницю площі, називають напруженнями. Якщо внутрішні сили та відносні деформації, які виникають під дією зовнішніх сил, швидко спадають до нуля у разі зняття зовнішніх сил, то це є випадок так званого ідеально пружного тіла. В ідеально пружних тілах реалізується закон Гука: відносні деформації є пропорційними до механічних напружень, а їхня по­ведінка в процесі деформації не залежить від швидкості деформації. Для запису закону Гука в твердих тілах необхідно ввести поняття тензорів напружень та деформації.

Дата добавления: 2015-12-07