Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Яворский Б.М. -> "Физика для школьников старших классов и поступающих" -> 176

Физика для школьников старших классов и поступающих - Яворский Б.М.

Яворский Б.М. Физика для школьников старших классов и поступающих — М.: Дрофа, 2005. — 795 c.
ISBN 5-7107-9384-1
Скачать (прямая ссылка): fizikadlyashkolnikovstarshihklasov2005 .djvu
Предыдущая << 1 .. 170 171 172 173 174 175 < 176 > 177 178 179 180 181 182 .. 236 >> Следующая


Особая металлическая связь является специфическим видом химической связи (VI.2.4.1°) и возникает между ионами кристаллической решетки и электронным газом. Электроны «стягивают» положительные ионы (главным образом электростатическими силами) и уравновешивают отталкивание между ионами. При расстояниях между ионами, равных периоду кристаллической решетки (п. 2°), образуется устойчивое состояние металлического кристалла.
§ VII.1.2. ТЕПЛОВОЕ РАСШИРЕНИЕ ТВЕРДЫХ ТЕЛ

579

4°. Ангармонический характер тепловых колебаний частиц в узлах кристаллической решетки (11.1.1.4°) связан с тем, что зависимость потенциальной энергии взаимодействия частиц от их смещения из положений равновесия не является параболической, а сила, действующая на частицу, не является квазиупругой (VII. 1.3.5°). Это имеет основное значение для понимания некоторых тепловых (VII.1.2.40) и электрических (VII.2.5.40) свойств твердых тел.

5°. Характерной особенностью монокристаллов (п. 1°) является их анизотропия (анизотропия кристаллов) — зависимость физических свойств твердых тел (тепловых, упругих, электрических, оптических) от направлений в кристалле.

§ VII. 1.2. Тепловое расширение твердых тел

1°. При повышении температуры твердого тела происходит его тепловое расширение, которое может быть линейным и объемным. Оба вида теплового расширения характеризуются средними коэффициентами линейного щ и объемного CLy расширений в некотором интервале температур.

2°. Если I0 — длина тела при температуре 0°С, то его удлинение AI при нагревании до температуры t° С равно

Al = 1,

откуда Щ = Al/I^t.

Коэффициент линейного расширения характеризует относительное удлинение Al/Iq тела при нагревании его на один

_е _с і

градус. Для большинства твердых тел Щ «(10 • 10 )К и

незначительно зависит от температуры.

3°. При нагревании тела от 0°С до t°C его объем изменяется от Vq до V по закону

V = Vq(1 + avt),

откуда av = АV/VQt. Коэффициент объемного расширения определяет относительное изменение объема АV/Vq при нагревании тела на один градус.

Связь коэффициентов CCy и щ в первом приближении имеет вид

йу ~ Заг.
580

ГЛ. VII. 1. СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА ТВЕРДЫХ ТЕЛ

4°. Тепловое расширение твердых тел объясняется ангармоническим характером тепловых колебаний частиц в решетке (VII. 1.1.4°). Если Tq — равновесное расстояние между соседними частицами, то в произвольный момент времени расстояние между ними г = го + х, где X — взаимное смещение частиц из положения равновесия, обусловленное тепловыми колебаниями. Силы, действующие между частицами в решетке, не являются квазиупругими, а зависят от смещения х по закону

где к — коэффициент квазиупругой силы (VII.1.3.5°), Ъ — ко-

ризует отклонение колебаний от гармонических.

Для равновесного состояния твердого тела положение узлов кристаллической решетки не должно изменяться с течением времени и для каждой частицы в решетке среднее значение действующей на нее силы равно нулю: (Fx) = 0.

Если бы колебания частиц были строго гармоническими

(Fx)

(Fx = -кх), то среднее смещение частиц (*> --------- 0, т. е.

TC

теплового расширения не происходило бы. Для реальных ангармонических колебаний из условия (Fx) = 0 следует, что

Для тепловых колебаний с малыми амплитудами потенциальная энергия частицы Wn приближенно равна (IV. 1.2.3°):

По закону равномерного распределения энергии по степе-

kT

ням свободы (П.3.6.3°) Wn = -g -, где k — постоянная Больцмана (11.1.4.5°), T — термодинамическая температура. Таким образом,

Fx = -кх + &дс2,

О

эффициентп ангармоничности колебаний. Член Ьх характе-

-к(х) + Ъ(х2) = 0 или (х) = - (х2).

TC

к(х2)

2
§ VII.1.3. УПРУГИЕ СВОЙСТВА ТВЕРДЫХ ТЕЛ

581

, Ч ЪкТ г.

Окончательно (л:) = —j- . Среднее расстояние между части-

к

цами твердого тела увеличивается при его нагревании, т. е. происходит тепловое расширение.

§ VII.1.3. Краткие сведения об упругих свойствах

твердых тел

1°. Деформацией твердого тела называется изменение его размеров и объема. Обычно деформация сопровождается изменением формы тела. Иногда (при всестороннем растяжении или сжатии) форма тела не изменяется. Причинами деформаций являются внешние силы, действующие на тело, или изменения его температуры (VII. 1.2.1°), и другие причины.

Деформация тела приводит к смещению его частиц из первоначальных положений равновесия в узлах кристаллической решетки (11.1.1.4°) в новые. Силы взаимодействия между частицами этому смещению препятствуют. В деформированном теле возникают внутренние упругие силы, уравновешивающие внешние силы, вызывающие деформацию.

2°. Деформация называется упругой (упругая деформация), если она исчезает после прекращения действия вызвавших ее внешних сил. При этом частицы твердого тела возвращаются в первоначальные положения равновесия (п. 1°). При неупругих деформациях происходит необратимая перестройка кристаллической решетки (VII. 1.1.1°) и форма тела не восстанавливается. Такие деформации называются пластическими (п. 10°). Переход упругой деформации в пластическую может происходить при длительных воздействиях на тело даже малых внешних сил. Обратный переход происходить не может.
Предыдущая << 1 .. 170 171 172 173 174 175 < 176 > 177 178 179 180 181 182 .. 236 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed