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
a. monokrystaly – uspořádány tak, že se jejich rozložení periodicky opakuje = dalekodosahové uspořádání, dává látkám geometrický tvar (NaCl,diamant)
b. 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
ELEMENTÁRNÍ BUŇKA
– základní část krystalické mřížky
– vždy rovnoběžnostěn o délce hrany a = mřížková konstanta(v jednodušší případech je to také vzdálenost 2 částic)
KUBICKÁ ELEMENTÁRNÍ BUŇKA
– nejjednodušší případ krystalické mřížky, má tvar krychle
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
a. vakance – daný bod mřížky je nezaplněný
b. intersticionální poloha – částice leží mimo pravidelný bod mřížky, může vzniknout jako důsledek vakance nebo přidáním částice stejného či cizího prvku
c. 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)
VAZBY V KRYSTALECH
1. iontová – vazba mezi elektronegativním a elektropozitivním prvkem(alkalické halogenidy – NaCl)
– 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, [σn]= 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)
– σu

MEZ PRUŽNOSTI
– hodnota normálového napětí do které je deformace ještě pružná, po překročení je deformace trvalá
– σE
– 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)
– σK
MEZ PEVNOSTI
– hodnota normálového napětí po jejímž překročení se těleso přetrhne
– σp
– 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