Онлайн-урок №14 "Особенности жидкого состояния вещества. Физика твердых тел."

2. Свойства жидкостей

Определение. Смачивание – явление взаимодействия жидкости при контакте с твердым телом или другой жидкостью.
Замечание. Физический смысл смачивания определяется взаимодействием молекул жидкости между собой и молекул жидкости с иной средой: если молекулы жидкости сильнее притягиваются к молекулам твердого тела, то такая жидкость смачивает поверхность; если молекулы жидкости сильнее притягиваются между собой, то эти силы собирают жидкость в капельку, говорят, жидкость не смачивает поверхность.

Определение. Мениск – искривление поверхности жидкости вследствие ее соприкосновения с поверхностью твердого тела или другой жидкости.
Определение. Краевой угол смачивания θ – угол между касательными к границам соприкасающихся сред, характеризующий явление смачивания.
Замечание. Рис. а: жидкость смачивает поверхность, мениск вогнутый, . Рис. б: жидкость не смачивает поверхность, мениск выпуклый, .

Определение. Сила поверхностного натяжения  – сила, которая действует вдоль поверхности жидкости, перпендикулярно к линии, которая ограничивает поверхность, и направленная в сторону сокращения ее площади.
 – сила поверхностного натяжения, Н
Где l – длина границы поверхностного слоя жидкости (периметр), м
σ – коэффициент поверхностного натяжения (табл.), Н/м

Замечание. σ уменьшается при повышении температуры.
Замечание. l удваивается для проволочной рамки, опущенной в жидкость, если имеют место две поверхности контакта рамки с жидкостью.
Определение. Энергия поверхностного натяжения  – избыточная энергия, которую имеют молекулы поверхностного слоя в сравнении с молекулами в середине жидкости.
 – энергия поверхностного натяжения, Дж
Где S – площадь поверхности натяжения, м2
Замечание. Для нахождения энергии поверхностного натяжения мыльного пузыря площадь его сферы необходимо умножить на 2 (внутренняя и внешняя поверхности).
 – работа по преодолению силы поверхностного натяжения, Дж
Определение. Капиллярные явления – это явления поднимания/опускания жидкости в узких трубках (радиус r ~1 мм), которые связаны со смачиванием/не смачиванием материала трубки.

 – высота подъема/опускания жидкости в капиллярной трубке, м
Где ρ – плотность жидкости, кг/м3 
r – радиус капилляра, м
Где можно пронаблюдать капиллярные явления:
Впитывание воды корнями растений и передача ее к листьям

Циркуляция крови в капиллярах кровеносной системы

Фильтрация воды через ткань или бумагу 

3. Свойства твердых тел. Аморфные и кристаллические тела

Твердые тела имеют две формы строения: кристаллическую и аморфную.
Определение. Кристаллическая решетка – пространственный каркас с упорядоченным (регулярным) расположением частиц в строго определенных местах (узлах) вещества (металлы, минералы). Такое расположение атомов принято называть дальним порядком.

Примеры кристаллов: металлы, кухонная соль, алмаз, графит и пр.
Виды строения кристаллов:
1) Монокристалл – вещество (идеальная цельная структура), состоящее из одного непрерывного кристалла. Как правило, обладает свойством анизотропии, т.е. зависимостью физических свойств от направления.
2) Поликристалл – вещество (неидеальная структура), которое складывается из большого количества сросшихся монокристаллов. Как правило, обладает свойством изотропии, т.е. их физические свойства не зависят от направления.
Виды кристаллических решеток: ионная, атомная, металлическая, молекулярная.
Основные свойства кристаллических тел:
1) Имеют точную температуру плавления;
2) Полиморфизм – различие физических свойств в зависимости от строения кристаллической решетки одного и того же вещества (графит, алмаз).
Определение. Аморфные тела – тела, молекулы, которых не образуют кристаллических решеток, но ближайшие «соседи» сохраняют некоторый порядок в расположении. Такое расположение атомов принято называть ближним порядком. 
Примеры аморфных тел: смола, стекло.
Основные свойства аморфных тел:
1) Не имеют точной температуры плавления;
2) Текучесть – при повышении температуры постепенно преобразуются в вязкую жидкость.

4. Упругие свойства твердых тел

Замечание. Описание линейной деформации (закон Гука) см. в конспекте №7.
Определение. Механическое напряжение  – величина, характеризующая действие в деформированном теле силы F, на единицу площади S перпендикулярно к ней.
Механическое напряжение, Па:


Где E – модуль Юнга, имеет смысл коэффициента, характеризующего упругость тела (табл.), Па
 – относительное удлинение, ед.
Где – абсолютное удлинение (в теме «Закон Гука» обозначалось x), м
 – начальная и конечная длина образца, м
Определение. Предел прочности  – максимальное механическое напряжение, которое выдерживает образец, изготовленный из данного вещества (табл.).
Диаграмма растяжения:

Участки диаграммы:
OA – упругая линейная деформация, закон Гука выполнен, т. A – предел пропорциональности
AB – упругая нелинейная деформация, закон Гука не выполнен, т. B – предел упругости
BC – неупругая деформация
CD – текучесть, материал практически «не сопротивляется» деформации, т. D – предел текучести
DE – деформационное упрочнение, материал снова «сопротивляется» деформации, т. E – предел прочности
EF – процесс разрушения, т. F – разрушение тела