Struktura a vlastnosti pevných látek

Pevné látky

• – zachovávají si tvar i objem(pokud na ně nepůsobí vnější síly)

1. krystalické – charakteristické pravidelným uspořádáním částic, z nichž jsou složeny, mají stálou teplotu tání
   1. monokrystaly – uspořádány tak, že se jejich rozložení periodicky opakuje = dalekodosahové uspořádání, dává látkám geometrický tvar (NaCl,diamant)
   2. polykrystaly – složeny z velkého počtu zrn, zrna jsou uspořádána náhodně, částice v zrnu jsou uspořádány pravidelně
2. amorfní – uspořádání částic je náhodné, nemají stálou teplotu tání, ale rozmezí teplot

a.izotropní – látka má ve všech směrech stejné vlastnosti(polykrystaly)

b.anizotropní – v každém směru různé vlastnosti(monokrystaly, stáčí světlo)

Krystalická mřížka

• – model uspořádání částic v krystalické látce
• – základní část krystalické mřížky
• – vždy rovnoběžnostěn o délce hrany a = mřížková konstanta(v jednodušší případech je to také vzdálenost 2 částic)
• – nejjednodušší případ krystalické mřížky, má tvar krychle

Elementární buňka

Kubická elementární buňka

1. prostá – 8 atomů, každý v jednom vrcholu krychle
2. plošně centrovaná – 14 atomů, vrcholy krychle a středy stran
3. prostorově centrovaná – 9 atomů, vrcholy krychle a střed krychle

Poruchy krystalické mřížky

• – každý reálný krystal obsahuje struktuře poruchu – defekty

1. bodové – v daném bodě krystalické mřížky je něco navíc nebo něco chybí
   1. vakance – daný bod mřížky je nezaplněný
   2. intersticionální poloha – částice leží mimo pravidelný bod mřížky, může vzniknout jako důsledek vakance nebo přidáním částice stejného či cizího prvku
   3. substituční poloha – krystalová mřížka obsahuje částici cizího prvku, může být mřížce(polovodiče) i v intersticionální poloze(ocel)
2. čarové(dislokace) – porušení linie krystalické mřížky, mají vliv na mech. vl.(elastická a plastická deformace)
3. plošné(vznikají nepravidelností ve střídání rovin obsazených atomy mřížky)
4. prostorové(vznikají na hranicích zrn; jsou to neuspořádané části mřížky)
5. iontová – vazba mezi elektronegativním a elektropozitivním prvkem(alkalické halogenidy – NaCl)

Vazby v krystalech

• – iontové krystaly jsou tvrdé, za běžných teplot izolanty(za vyšších vodivé), mají vysokou teplotu tání
• – vazba pomocí valenčního elektronu, který jeden prvek uvolní a druhý příjme

2. kovová – mřížka složena z kationtů jednoho prvku, mezi nimi se neuspořádaně pohybují valenční elektrony prvku druhého = elektronový oblak(plyn)

• – kovově krystaly jsou kujné, tažné, pevné, kovově lesklé, velmi dobře tepelně i elektricky vodivé

3. kovalentní – vazba mezi atomy pomocí dvou valenčních elektronů(od každého atomu jeden), vždy u dvouatomových molekul prvků

• – kovalentní krystaly jsou tvrdé, mají vysokou teplotu tání, nerozpustné v polárních rozpouštědlech, izolanty nebo polovodiče

4. vodíkové můstky – slabé vazebné interakce, vyskytují se často v organických látkách, vazby vodíku a silně elektronegativního prvku(F,N,O)
5. van der Waalsovy vazby – slabé vazebné interakce mezi molekulami(!ne uvnitř!)

• – molekulové krystaly – měkké s nízkou teplotou tání(př. grafit)

u reálných krystalů se častou objevuje několik druhů vazeb(grafit – kovalentní+van der Waals)

Deformace

• – změna tvaru nebo objemu tělesa v důsledku působení sil na těleso nebo zahříváním tělesa
• – dělí se na pružné(elastické) – těleso se vrací do původního tvaru po ukončení působení silou a tvárné(plastické) – těleso si zachovává nový tvar i po té, co na něj přestaneme působit silou

podle působení vnější sil

1. deformace tahem – dvě navzájem opačné síly působí na těleso ve směru ven z tělesa, těleso leží na vektorové přímce obou sil(př. lano jeřábu)
2. deformace tlakem – dvě navzájem opačné síly působí na těleso ve směru do tělesa, těleso leží na vektorové přímce obou sil(př. pilíře mostu)
3. deformace ohybem – působení síly kolmo k podélné ose tělesa(př. týč podepřená na obou koncích), dochází k ní často kvůli tíze a dá se ji zabránit podepřením
4. deformace smykem – dvě navzájem opačné síly působí každá na jednu podstavu tělesa -> dochází k posunutí vrstev, vzdálenost vrstev se však nemění(př. nýt)
5. deformace kroucením – na každém konci tělesa působí dvojice sil, př. utahování šroubu)

Síla pružnosti

• – deformujeme-li pevné těleso v rovnovážném stavu silou F, působí zde stejně velká, ale opačně orientovaná síla pružnosti Fp vyvolaná strukturou tělesa

• Normálové napětí

• – veličina, která charakterizuje stav napjatosti tělesa
• – analogie k tlaku, [σ_n]= Pa
• – pomocí normálového napětí můžeme určit mez, kdy je ještě deformace pružná
• – Fp je síla pružnosti, působí kolmo na těleso

• Absolutní prodloužení

• – závislé na počáteční délce l₁

• Relativní prodloužení

• – prodloužení tělesa o původní délce 1 m

• Hookův zákon

  – normálové napětí je přímo úměrné relativnímu prodloužení(pro pružnou deformaci tahem)

• – E – modul pružnosti v tahu, řádově 10⁶ a větší, jednotka je Pa, tabulková veličina, normálové napětí potřebné k tomu, aby se předmět prodloužil o svou délku
• – platí i pro deformaci tlakem, modul pružnosti v tahu a v tlaku je většinou shodný, pokud ne, dosadíme modul pružnosti v tlaku

• Mez úměrnosti

• – hodnota normálového napětí po kterou platí Hookův zákon(AO)
• – σ_u

• Mez pružnosti

• – hodnota normálového napětí do které je deformace ještě pružná, po překročení je deformace trvalá
• – σ_E
• – AB- dochází k dopružování, deformace není trvalá ale zmizí až po nějaké době – při hodnotách normálového napětí většího něž mez úměrnosti ale menšího než mez pružnosti

• Mez kluzu

• – hodnota normálového napětí od které nastává výrazné prodloužení tělesa = tečení materiálu(BC)
• _– σ_K

• Mez pevnosti

• – hodnota normálového napětí po jejímž překročení se těleso přetrhne
• _– σ_p
• – DE – zpevnění materiálu
• – 0B – elastická deformace, BE – plastická deformace

• Pevné a křehké materiály

• – křehký – mez pružnosti mají blízko meze pevnosti
• – pevný – mez pružnosti a pevnosti jsou daleko od sebe

• Délková teplotní roztažnost

• – určuje jak se změní délka v závislosti na změně teploty

– α – teplotní součinitel délkové roztažnosti, tabulková jednotka,[α] = K^-1

– platí pouze za konstantního tlaku a pro malé změny teplot(při malých změnách teplot je α konstantní, jinak závisí na teplotě)

Objemová teplotní roztažnost

• – určuje jak se změní objem tělesa v závislosti na změně teploty
• – při vyjádření se zanedbávají kvadratické a kubické členy s alfou vzhledem k malým hodnotám alfy
• – β = 3α – teplotní součinitel objemové roztažnosti, závisí na tvaru tělesa a teplotě(při malých změnách teplot je konstantní)