Qattiq material atrofimizdagi materiya boʻlishi mumkin boʻlgan toʻrtta agregat holatidan birini ifodalaydi. Ushbu maqolada biz qattiq jismlarga qanday mexanik xususiyatlar xosligini ularning ichki tuzilishining o'ziga xos xususiyatlarini hisobga olgan holda ko'rib chiqamiz.
Qattiq material nima?
Bu savolga hamma javob berishi mumkin. Bir parcha temir, kompyuter, oshxona anjomlari, mashinalar, samolyotlar, tosh, qor qattiq jismlarga misoldir. Jismoniy nuqtai nazardan, moddaning qattiq agregat holati deganda uning turli xil mexanik ta'sirlar ostida shakli va hajmini saqlab qolish qobiliyati tushuniladi. Qattiq jismlarning ana shu mexanik xossalari ularni gazlar, suyuqliklar va plazmalardan ajratib turadi. E'tibor bering, suyuqlik hajmini ham saqlab qoladi (siqilib bo'lmaydi).
Yuqoridagi qattiq materiallar misollari ularning inson hayoti va jamiyatning texnologik rivojlanishi uchun qanday muhim rol oʻynashini aniqroq tushunishga yordam beradi.
Ko'rib chiqilayotgan moddaning holatini o'rganadigan bir nechta fizikaviy va kimyoviy fanlar mavjud. Biz ulardan faqat eng muhimlarini sanab o'tamiz:
- qattiq fizikatanasi;
- deformatsiyalar mexanikasi;
- materialshunoslik;
- qattiq kimyo.
Qattiq materiallarning tuzilishi
Qattiq jismlarning mexanik xossalarini ko'rib chiqishdan oldin ularning atom darajasidagi ichki tuzilishi bilan tanishish kerak.
Ularning tuzilishidagi qattiq materiallarning xilma-xilligi juda katta. Shunga qaramay, universal tasnif mavjud bo'lib, u tanani tashkil etuvchi elementlarning (atomlar, molekulalar, atom klasterlari) joylashishining davriyligi mezoniga asoslanadi. Ushbu tasnifga ko'ra barcha qattiq jismlar quyidagilarga bo'linadi:
- kristal;
- amorf.
Ikkinchisidan boshlaylik. Amorf jism hech qanday tartiblangan tuzilishga ega emas. Undagi atomlar yoki molekulalar tasodifiy joylashtirilgan. Bu xususiyat amorf materiallar xossalarining izotropiyasiga olib keladi, ya'ni xossalari yo'nalishga bog'liq emas. Amorf jismning eng yorqin namunasi shishadir.
Kristal jismlar yoki kristallar, amorf materiallardan farqli o'laroq, kosmosda tartiblangan strukturaviy elementlarning joylashishiga ega. Mikro miqyosda ular kristall tekisliklarni va parallel atom qatorlarini ajrata oladilar. Ushbu tuzilish tufayli kristallar anizotropikdir. Bundan tashqari, anizotropiya nafaqat qattiq moddalarning mexanik xususiyatlarida, balki elektr, elektromagnit va boshqalarning xususiyatlarida ham namoyon bo'ladi. Masalan, turmalin kristalli yorug'lik to'lqinining tebranishlarini faqat bir yo'nalishda o'tkazishi mumkin, bu esaelektromagnit nurlanishning qutblanishi.
Kristallarga deyarli barcha metall materiallar misol bo'la oladi. Ular ko'pincha uchta kristall panjaralarda topiladi: yuzga va tanaga markazlashtirilgan kubik (mos ravishda fcc va bcc) va olti burchakli yaqin o'ralgan (hcp). Kristallarning yana bir misoli oddiy osh tuzidir. Metalllardan farqli o'laroq, uning tugunlarida atomlar emas, balki xlorid anionlari yoki natriy kationlari mavjud.
Elastiklik barcha qattiq materiallarning asosiy xususiyatidir
Qattiq jismga hatto eng kichik kuchlanishni qoʻllash orqali biz uning deformatsiyasiga olib kelamiz. Ba'zida deformatsiya shunchalik kichik bo'lishi mumkinki, uni sezib bo'lmaydi. Biroq, barcha qattiq materiallar tashqi yuk qo'llanilganda deformatsiyalanadi. Agar bu yukni olib tashlaganingizdan so'ng, deformatsiya yo'qolsa, ular materialning elastikligi haqida gapirishadi.
Elastiklik hodisasining yorqin misoli Guk qonunida tasvirlangan metall prujinaning siqilishidir. F kuchi va absolyut taranglik (siqilish) x orqali bu qonun quyidagicha yoziladi:
F=-kx.
Bu yerda k qandaydir raqam.
Quyma metallar uchun Guk qonuni odatda qoʻllaniladigan tashqi kuchlanish s, nisbiy deformatsiya e va Young moduli E: koʻrinishida yoziladi.
s=Ee.
Young moduli muayyan material uchun doimiy qiymatdir.
Elastik deformatsiyani plastik deformatsiyadan ajratib turuvchi xususiyati qaytaruvchanlikdir. Elastik deformatsiyada qattiq jismlarning o'lchamidagi nisbiy o'zgarishlar 1% dan oshmaydi. Ko'pincha ular 0,2% mintaqada yotadi. Qattiq jismlarning elastiklik xossalari tashqi yuk tugatilgandan keyin materialning kristall panjarasidagi strukturaviy elementlarning o‘rinlari siljishining yo‘qligi bilan tavsiflanadi.
Agar tashqi mexanik kuch etarlicha katta bo'lsa, uning tanaga ta'siri tugagandan so'ng, siz qoldiq deformatsiyani ko'rishingiz mumkin. U plastik deb ataladi.
Qattiq jismlarning plastikligi
Biz qattiq jismlarning elastik xususiyatlarini ko'rib chiqdik. Endi ularning plastika xususiyatlariga o'tamiz. Ko'pchilik biladi va agar siz bolg'a bilan mixga urilsa, u tekislanadi. Bu plastik deformatsiyaga misol. Atom darajasida bu murakkab jarayon. Amorf jismlarda plastik deformatsiya yuzaga kelishi mumkin emas, shuning uchun shisha urilganda deformatsiyalanmaydi, balki qulab tushadi.
Qattiq jismlar va ularning plastik deformatsiyalanish qobiliyati kristall tuzilishga bogʻliq. Qaytarib bo'lmaydigan deformatsiya kristalning hajmida dislokatsiyalar deb ataladigan maxsus atom komplekslarining harakati tufayli yuzaga keladi. Ikkinchisi ikki xil bo'lishi mumkin (marginal va vint).
Barcha qattiq materiallardan metallar eng katta plastiklikka ega, chunki ular dislokatsiyalar uchun fazoda turli burchaklarga yo'n altirilgan ko'p sonli sirpanish tekisliklarini ta'minlaydi. Aksincha, kovalent yoki ion aloqalari bo'lgan materiallar mo'rt bo'ladi. Bularga tegishli bo'lishi mumkinqimmatbaho toshlar yoki tilga olingan osh tuzi.
Moʻrtlik va qattiqlik
Agar siz har qanday qattiq materialga doimiy ravishda tashqi kuch qo'llasangiz, u ertami-kechmi qulab tushadi. Ikki xil halokat mavjud:
- mo'rt;
- yopishqoq.
Birinchisi yoriqlar paydo bo`lishi va tez o`sishi bilan ajralib turadi. Mo'rt sinishlar ishlab chiqarishda halokatli oqibatlarga olib keladi, shuning uchun ular materiallar va ularning ish sharoitlaridan foydalanishga harakat qilishadi, bunda materialning yo'q qilinishi egiluvchan bo'ladi. Ikkinchisi yoriqning sekin o'sishi va buzilishdan oldin katta miqdordagi energiyani singdirish bilan tavsiflanadi.
Har bir material uchun moʻrt-egiluvchan oʻtishni tavsiflovchi harorat mavjud. Aksariyat hollarda haroratning pasayishi sinishni egiluvchanlikdan mo'rtlikka o'zgartiradi.
Tsiklik va doimiy yuklar
Texnika va fizikada qattiq jismlarning xossalari ularga qo’llaniladigan yuk turi bilan ham tavsiflanadi. Shunday qilib, materialga doimiy tsiklik ta'sir (masalan, kuchlanish-siqish) charchoq qarshiligi deb ataladigan narsa bilan tavsiflanadi. U ma'lum miqdordagi kuchlanishni qancha davrga qo'llashda materialning buzilmagan holda bardosh berishi kafolatlanganligini ko'rsatadi.
Materialning charchashi ham doimiy yuk ostida, vaqt oʻtishi bilan deformatsiya tezligini oʻlchash orqali oʻrganiladi.
Materiallarning qattiqligi
Qattiq jismlarning muhim mexanik xossalaridan biri qattiqlikdir. U belgilaydimaterialning unga begona jismning kiritilishiga yo'l qo'ymaslik qobiliyati. Empirik tarzda, ikkita jismdan qaysi biri qiyinroq ekanligini aniqlash juda oddiy. Faqat ulardan birini ikkinchisi bilan chizish kerak. Olmos eng qattiq kristalldir. U boshqa materiallarni tirnaydi.
Boshqa mexanik xususiyatlar
Qattiq materiallar yuqorida qayd etilganlardan tashqari ba'zi mexanik xususiyatlarga ega. Biz ularni qisqacha sanab o'tamiz:
- egiluvchanlik - turli shakllarni olish qobiliyati;
- egiluvchanlik - yupqa iplarga cho'zish qobiliyati;
- bukilish yoki burilish kabi deformatsiyaning maxsus turlariga bardosh berish qobiliyati.
Shunday qilib, qattiq jismlarning mikroskopik tuzilishi asosan ularning xossalarini belgilaydi.
