Какими свойствами обладают твёрдые тела?

Поскольку я заканчивал строительный факультет, а по специальности инженер, кому, как не мне, знать какими свойствами обладают твердые тела. Помню, как мучился с сопроматом, который сдал только на третий раз! Поэтому особое внимание хочу уделить механическим свойствам.

Что означает термин «твердое тело»

Прежде всего, это одна из четырех разновидностей агрегатного состояния вещества, для которого характерно в первую очередь постоянство формы. По сути, упорядоченность молекул — главный признак, что определяет тело как твердое — имеет определенный объем и его практически невозможно сжать. При этом наблюдается свойство выдерживать значительную нагрузку благодаря плотности. Наука классифицирует твердые тела следующим образом:

• аморфное тело — кристаллическая решетка слабо выражена;
• кристалл — у этих веществ наблюдается строго упорядоченная решетка;
• композитное тело — по сути, искусственное образование, где сочетаются жесткий «каркас» и кристаллический наполнитель.

Особый интерес вызывают так называемые жидкие кристаллы, что обладают одновременно свойствами твердого и жидкого тела. При этом, одно из главных свойств — неодинаковое прохождение света в веществе.

Деформация

В это понятие входит изменение объема либо формы, что сопровождается некоторыми изменениями на молекулярном уровне. Итак, существуют следующие виды:

• сжатие — сокращение расстояния между рядами молекул;
• растяжение — в этом случае расстояние увеличивается;
• кручение — ряды как бы проворачиваются относительно друг друга;
• сдвиг — при этом ряды молекул сдвигаются относительно друг друга, однако расстояние между рядами неизменно;
• изгиб — в этом случае одновременно наблюдается растяжение и сжатие рядов.

При этом, подобные нарушения структуры вызывают противодействие со стороны самого вещества — упругость. Это обусловлено электромагнитной связью, что возникает при взаимодействии молекул в решетке. Таким образом, эта сила задает форму вещества, а в случае деформации стремится вернуть молекулы в исходное положение. Главное правило взаимодействия сил заключается в их противоположной направленности относительно друг друга.

Мне кажется, что большая часть всех тел в мире именно твердые. Возможно, такое мнение из-за узкого кругозора или потому что твердые тела объемные и видимые по-сравнению, например, с газом. Но, все же, они представляют интерес, и хочется узнать, что из себя представляют именно твердые тела и какими свойствами обладают.

Научный взгляд на понятие "твердого тела"

Все понимают, что стул, стол, кровать - всё это твердые тела, но что, если взглянуть с точки зрения науки? Это один из видов состояний, в которых могут перебывать вещества. Хочу напомнить, что всего их четыре:

• газ;
• жидкость;
• твердое тело;
• плазма.

Так вот, твердые тела отличаются своей стабильной формой и тем, что у их атомов происходят совсем маленькие колебания, то есть, они почти неподвижны. Также различают разные виды твердых тел, такие как: аморфные и кристаллические.

Особенности твердых тел

Можно выделить ряд интересных фактов, связанных с данными телами. Например, при повышении температуры твердые вещества переходят в состояние жидкое или даже газообразное. Но когда я скажу название этого процесса, то все сразу станет ясно - это плавление. Впрочем, существует процесс перехода из газообразного обратно в твердое - сублимация. Если же из жидкого - кристаллизация. Стоит отметить, что существуют переходы и между твердыми состояниями, при которых происходит изменение внутренних структур тел.

Твердые тела и их свойства

Свойства делятся на три вида:

• механические;
• электромагнитные;
• термические.

Для механических характерно сохранение формы тела в покое и деформация при воздействии каких-либо внешних сил. Если деформация для определенного тела чересчур велика, то оно разрушается. Также к механическим относится проведение звука. Что касается электромагнитных, они могут проводить, плохо проводить или не проводить ток (собственно, диэлектрики и проводники). Перейду к тепловым свойствам. Самым важным является температура плавления. Когда температура меняется, происходит деформация тела, так как повышение температуры содействует расширению тела.

Прежде чем переходить к самим свойствам, я хотел бы подготовить вас к тому факту, что на Земле все относительно, и твердое тело может быть не таким уж и твердым, например, как кусок поролона. Да, всем хорошо известен данный искусственный материал: он довольно мягкий на ощупь, но все равно выступает в роли твердого тела. При изучении свойств твердых тел все выглядит точно так же.

Свойства твердых тел. Электропроводность

Хочется побольше рассказать о двух самых важных свойствах твердых тел: электропроводности и теплопроводности.

Электропроводностью называют свойство того или иного вещества проводить через себя ток.

Для каждого материала существует свой показатель проводимости тока, но всех их принято распределять по трем группам:

• проводники;
• полупроводники;
• диэлектрики.

Хорошими проводниками, которые можно использовать для человеческих нужд, являются металлы. В этой группе выделяют медь и алюминий. Большое количество свободных заряженных частиц в составе металлов позволяет им с легкостью переносить ток.

Диэлектрики наоборот не имеют заряженных частиц и блокируют проход тока через себя, поэтому в качестве изоляции используют резину, пластмассы и т.п.

Полупроводники сочетают в себе свойства вышеперечисленных групп. Материалы подобные кремнию могут проводить ток только в одну сторону или блокировать его. Без открытия этого свойства - человечество сегодня использовало бы деревянные счеты в качестве калькулятора.

Теплопроводность

Суть теплопроводности состоит в том же, что и электропроводности, только место электричества занимает тепловая энергия. И здесь на первом месте оказываются металлы.

Для хорошей проводимости необходимы плотные соединения атомов в структуре материала, а таким материалом как раз является металл. Он хорошо справляется, если необходимо передавать или рассеивать тепловую энергию, обладает прочностью и долговечностью.

Когда цель заключается в сбережении (удержании) тепла, то используют пористые материалы с низким уровнем проводимости: пенопласт, минеральная вата и подобные.