Кварцевое стекло. Его свойства, производство и применение - Глаголев С.П.
Скачать (прямая ссылка):
Q2445
0.2435
0.2425
U.2415
30 40
Темпваатиоа Рис. 8. Зависимость удельного объема и его температурного коэфициента от температуры для селена. Таттапп, 1930.
/ 23
образные изменения в самих физических свойствах, что еще больше сближает явления превращения жидкости в кристалл и стекло. Рис. 9 и 10 дают примеры такого рода зависимости диэлектрической постоянной для глицерина (по Fleming и Dewar 12) и коэфициента те-
70 90 110 130 150 I7D 190 210 230 250 270 Абсолютная темпеоатцра Рис. г9. Зависимость диэлектрической постоянной глицерина от температуры. Fleming и Dewar, 1897.
20 " 30 40 50 60
Температура
Рис. 10. Зависимость коэфициента теплопроводности селена и салицина от температуры. Таттапп, 1930.
алопроводности для селена и салицина (по Таттапп"), Как и во всех других случаях, резкое изменение вида кривых имеет место е'близи все той же температуры Тд.
Мы рассматривали до сих пор превращение вязкой жидкости в стеклообразное состояние с точки зрения тех изменений, которые претерпевают при этом превращении те или иные свойства тела. Однако решающее значение в вопросах, связанных с взаимным переходом одних форм существования вещества в другие, имеет, как это мы видели
выше, та энергетическая картина, которая лишь одна может отразить с достаточной полнотой внутреннюю молекулярную сущность такого рода превращений. Резкие изменения физических констант при переходе к хрупкому стеклу, напоминающие в некотором роде изменения, имеющие место в процессе кристаллизации, дают основание предположить, что в точке Тд должны произойти кроме того изменеьия энергетического характера и в первую очередь—уменьшение внутренней энергии вещества. Однако многочисленные опыты, проделанные в этом направлении, не оставляют никакого сомнения в том, что, в противоположность явле-: нию перехода жидкости в кристаллическое твердое тело, когда налицо внезапное выделение тепла, переход вязкой жидкости в стекло внезапным выделением энергии не сопровождается. Вместо этого в точке Тд имеет место резкий излом кривой (рис. 11), характеризующей зависимость внутренней энергии от температуры вполне аналогично тому, что мы имели например в случае, удельного объ-
24 \
100 200 300
Абсолютная температура
Рис. IК Изменение внутренней энергии глицерина в области перехода вязкой жидкости в хрупкое стекло.
йЕ
• ема. Вместе с тем меняется скачком производная =ср,т. е. удельная'
теплоемкость вещества. Таким образом температура Тд характеризует не внезапное уменьшение энергии тела, но внезапное уменьшение его теплоемкости или, иначе говоря, замедление отдачи энергии при дальнейшем охлаждении. Все происходит так, как еслибы в этой точке вещество лишилось одного из возможных путей изменения своей внутренней энергии. Рис. 12, взятый из работы Parks 13, дает на примере глицерина представление о том, насколько резко и с какой внезапностью совершается изменение удельной теплоемкости при превращении вещества в стеклообразное состояние.
Формулируя все сказанное об изменениях в свойствах вязкой жидкости при ее переходе в хрупкое стекло, можно сказать, что в точке перехода вещество если и не меняет скачком численные значения, характеризующие те или иные физические свойства, то зато в отношении этих свойств начинает под- 3 чиняться совершенно другим 10 закономерностям. Темпера- '
тура перехода от жидкости к стеклу как бы разделяет область существования вещества на две части, каждая из которых управляется своими собствеными законами. Естественно напрашивается вопрос, не являемся ли мы здесь свидетелями действительного перехода из одного состояния в другое, перехода, связанного с глубокими молекулярными изменениями. Если это так, то температура Тд будет нижней границей существования жидкости и верхней границей существования стекла. Все различие между переходом жидкость — стекло и переходом жидкость — кристалл сведется к тому, что в первом случае новая форма вещества (стекло) начинает, фигурально выражаясь, свою жизнь с тех же численных значений внутренней энергии и величин, определяющих физические свойства, которыми кончает свою жизнь старая форма (жидкость), в то время как во втором случае начальные и конечные точки не совпадают и отличаются, например для внутренней энергии, на величину теплоты плавления.
Если все это так, то мы лишаемся права говорить о стекле как о переохлажденной жидкости, но должны охарактеризовать его как вполне обособленное состояние вещества, отличающееся по внутренней структуре, уровню внутренней энергии и физическим свойствам как от жидкого, так и от твердого состояния. Мы приходим таким образом к утверждению, впервые со всей категоричностью сформулированному Parks14 и да/лее развитому Berger8 и др., что стекло является четвертым состоянием материи.
Если рассмотреть процесс превращения жидкости в стеклообразное состояние в свете этих новых взглядов, то можно разбить температурную область, внутри которой совершается это превращение, на три ясно выраженные части: 1) от температуры плавления Ts и выше;
