Struktura a vlastnosti pevných látek

Question 1

Na jaké látky dělíme pevné látky?

Answer 1

Krystalické, amorfní

Question 2

Krystalické látky a rozdělení

Answer 2

uspořádány do krystalické mřížky (dalekodosahovým uspořádáním)
monokrystaly a polykrystaly

Question 3

Monokrystaly + zástupci

Answer 3

Rozložení částic se periodicky opakuje, mouhou mít pravidelný tvar
sůl kamenná, křemen, ametyst, růženín, diamant
umělé - rubín
polovodičové látky (křemen, germanium)

Question 4

Mono krystaly vlastnosti

Answer 4

Anizotropní, některé vlastnosti jsou závislé na směru vzhledem ke stavbě krystalu (třeba síla)

Question 5

Amorfní látky + zástupci

Answer 5

Nemají pravidelné uspořádání, krátkodosahové uspořádání (do určité malé vzdálenosti jsou pravidelné, potom pravidelnost klesá)
-polymery - amorfní látky organického původu
Guma, kaučuk, celulóza, bavlna, bílkoviny, sklo, pryskyřice, vosk, asfalt, saze, jantar

Question 6

Amorfní látky vlastnosti

Answer 6

izotropní

Question 7

Krystalová mřížka = krystalická mřížka

Answer 7

Struktura, kterou vytváří pravidelně uspořádané částice krystalické látky (atomy, ionty, molekuly)

Question 8

Elementární buňka

Answer 8

Rovnoběžnostěn, v němž jsou umístěny jednotlivé částice (třeba vrcholy jsou částíce)
zakreslujeme jejich rovnovážné polohy

Question 9

Čím je určena struktura krystalu (elementární buňka)

Answer 9

Mřížkovým parametrem (a)
Rozmístění částic (jestli je v jednom vrcholu jedna částíce, nebo jinak)

Question 10

Mřížkový parametr

Answer 10

Značíme a, je to délka hrany základní buňky (řádově desetiny nanometru)

Question 11

Jak dělíme rozmístění částic (rozdělení elementárních buňek)?

Answer 11

Zabýváme se pouze kubickou elementární buňkou, tu dělíme na:
Prostá
Plošně centrovaná
Prostorově centrovaná

Question 12

Prostá elementární buňka

Answer 12

Částice v každém vrcholu (dohromady 8 částic)

Question 13

Plošně centrovaná elementární buňka

Answer 13

Částice ve vrcholech (8) a ve středech stěn (6), dohromady 14 částic

Question 14

Prostorově centrovaná elementární buňka

Answer 14

Částice ve vrcholech (8) a jedna uprostřed elementární buňky (1), dohromady 9 buněk

Question 15

Ideální krystalická mřížka

Answer 15

Neexistuje, je to model
Stoprocentní pravidelnost, elementární buňka je opakovaně posouvána podél prodloužených hran

Question 16

Kolik atomů připadá na jednu základní buňku v prosté krychlové mřížce?

Answer 16

Jedna částice připadá na dalších 8 základních buněk (je to vrchol krychle)
P (kolik atomů připadá na jednu základní B) = (počet atomů v elementární B) / (počtem B, pro které jeden atom je shodný)
P = 8 / 8 = 1

Question 17

Kolik atomů připadá na jednu buňku v plošně centrované krychlové mřížce

Answer 17

P = 8/8 + 6/2 = 1 + 3 = 4
8 atomů připadá na 8 elementárních buňěk a 6 atomů (ve stěnách) připadá na 2 elementární buňky

Question 18

Kolik atomů připadá na jednu základní buňku v prostorově centrované krychlové mřížce

Answer 18

P = 8/8 + 1/1 = 8 + 1 = 2
8 atomů připadá na 8 elementárních buňěk a 1 atom v krychli připadá na jednu elementární buňku

Question 19

Příklad prosté krystalové mřížky

Answer 19

V přírodě je výjimečná (radioaktivní plutonium)

Question 20

Příklady plošně centrované mřížky

Answer 20

Kovy (Ni, Cu, Ag, Au, Fe, Pb)

Question 21

Příklady prostorově centrované mřížky?

Answer 21

Kovy (Li, Na, K, Cr, W)

Question 22

Jak uspořádat částice, aby zaujaly co nejmenší prostor?

Answer 22

Hexagonální uspořádání je nejtěsnější

Question 23

Co to jsou poruchy krystalové mřížky?

Answer 23

Odchylky od pravidelného uspořádání krystalické mřížky?

Question 24

Na jaké typy dělíme poruchy krystalové mřížky?

Answer 24

Bodové (vakance, příměs, interstaciální poloha), Objemové a čarové

Question 25

Vakance

Answer 25

Chybějící částice v ideální mřížce
Příčina je tepelný pohyb částic, ozáření
Místo atomu je prázdná poloha

Question 26

Interstaciální poloha

Answer 26

Částice se nachází mimo pravidelný bod mřížky
Souvisí s vakancí, když je vakancí částice vystřelena ze své polohy, tak se dostane do jiné pozice v krystalické mřížce, je to ale pořád částice stejné látky

Question 27

Příměsi

Answer 27

Cizí částice v krystalu
Mohou být v interstaciální polze, nebo nahradí atom v mřížce (po vakanci)
Usnadňují vstřebávání atomů H, C, O, N v kovech (C ve Fe - různé druhy oceli)
Ovlivňují vodivost látky - polovodiče, umělé rubíny (ke konstrukci laseru Al2O3 po vakanci)

Question 28

Čarové poruchy

Answer 28

Dislokace (hranová, šroubová)

Question 29

Dislokace

Answer 29

Porušení pravidelného uspořádání částic podél dislokační čáry
Netýká se jednoho budu mřížky, ale celé roviny
Vznikají přirozeným způsobem růstu krystalů, může způsobit vítr, voda, záření, teplo, vnější přírodní elementy
Vliv na mechanické, elektrické, optické vlastnosti a často jsou uměle vytvářeny

Question 30

Plošné a objemové poruchy

Answer 30

Vznikají velkým počtem dislokací

Question 31

Deformace pevného tělesa

Answer 31

Změna rozměrů, tvaru nebo objemu tělesa způsobená vnějšími silami
Pružná a trvalá deformace, ale v praxi působí obě současně (aspoň v malém měřítku)

Question 32

Pružná (elastická) deformace

Answer 32

Nemá vliv na těleso a jsme schopni těleso vrátit do původního stavu
Natažená pružina

Question 33

Trvalá (plastická deformace)

Answer 33

Trvá i po odstranění deformační síly, vznikají nevratné změny

Question 34

Druhy deformace

Answer 34

Tahem, tlakem, ohybem, smykem, kroucením, ale v realitě kombinace různých deformací současně

Question 35

Deformace tahem

Answer 35

Dvě stejné síly působí v opačném směru a působí ven z tělesa
Příklad natahování lana

Question 36

Deformace tlakem

Answer 36

Dvě stejně velké síly, které působí v opačném směru a působí dovnitř do tělesa
Stlačí se v jednom směru a roztáhne se v druhém
Příkald - podpěry, stěny budov

Question 37

Deformace ohybem

Answer 37

Způsobená silou, která působí kolmo k podélné ose souměrnosti tělesa upevněného na jednom konci, příčné řezy, teplo, gravitace
Příklad mosty

Question 38

Deformace smykem

Answer 38

Způsobená dvěma stejně velkými rovnoběžnými silami opačného směru, který neleží na totožné přímce
Příklad šrouby, nýty

Question 39

Deformace kroucením

Answer 39

Způsobení dvěma silovými dvojicemi, jejichž momenty sil jsou stejně velké opačného směru
Příklad hřídele, vrtáky, šroubováky

Question 40

Co se děje s částí energie, kterou vykonám při deformacích?

Answer 40

Způsobí teplo - může způsobit další deformace

Question 41

Co je to Fp?

Answer 41

Síla pružnosti - je to velikost síly působící kolmo na příčný řez o obsahu S

Question 42

Co je to σE?

Answer 42

Mez pružnosti - největší hodnota normálového napětí, kdy je deformace ještě pružná, po překročení je těleso trvale deformováno

Question 43

Co je to σP?

Answer 43

Mez pevnosti, po překročení této hodnoty je deformace trvalá a dojde k porušení materiálu - přetrhnutí, rozdrcení

Question 44

Jak blízko je mez pružnosti a pevnosti u křekých látek?

Answer 44

Hodně blízko

Question 45

Co je to σN?

Answer 45

Normálové napětí

Question 46

Co je to σD?

Answer 46

Nejvyšší přípustná hodnota σN při deformaci tahem nebo tlakem v praxi (značně menží než σP)

Question 47

Co je to součinitel (koeficient) bezpečnosti?

Answer 47

Značíme k
Je to podíl v praxi mezi mezí pevnosti a dovoleným napětím
k = σP/σD

Question 48

Jak funguje prodlužování látek?

Answer 48

Když na těleso délky l1 (písmenko L a dolní index 1) budeme působit silou, prodlouží se na délku l (písmenko L) o délku Δl (delta L)

Question 49

Absolutní prodloužení

Answer 49

Δl (delta L) je to přesná vzdálenost v metrách, o kolik bylo těleso prodloužené
Δl = l - l1

Question 50

Relativní (poměrné prodloužení)

Answer 50

ε = Δl / l1
Je to o jakou část délky l1 bylo těleso prodlouženo

Question 51

Modul pružnosti v tahu

Answer 51

Je to konstanta, kterou značíme E a má hodnotu v Pa, její hodnoty pro různé látky najdeme v tabulkách

Question 52

Hookův zákon

Answer 52

Normálové napětí je přímo úměrné relativnímu prodloužení
σN = E * ε

Question 53

Funguje Hookův zákon i pro tlakovou deformaci?

Answer 53

Ano, E je nyní modul pružnosti v tlaku, píšeme
ε = |Δl| / l1 (jenom je delta L v absolutní hodnotě)

Question 54

Liší se výrazně modul pro tlak a pro tah?

Answer 54

Ne, většinou jsou stejné

Question 55

Jaké látky se Hookovým zákonem neřídí?

Answer 55

Beton, litina, žula

Question 56

Deformační křivka

Answer 56

Graf závislosti normálového napětí na relativním prodloužení
(naučte se z obrázku, který je v prezentaci na slidu 52, protože tady nemůžu vkládat obrázky)

Question 57

Teplotní roztažnost pevných těles

Answer 57

Fyzikální jev spočívající ve změně rozměrů těles při změně jeho teploty

Question 58

Délková teplotní roztažnost

Answer 58

Prodloužení je přímo úměrné počáteční délce a přírůstku teploty

Question 59

Teplotní součinitel délkové roztažnosti

Answer 59

α
V Kelvincech na mínus prvou a je to konstanta, kterou najdeme v tabulkách při 20 °C

Question 60

Objemová teplotní roztažnost

Answer 60

Mění-li se rozměry - mění se i objem

Question 61

Teplotní součinitel objemové roztažnosti

Answer 61

β
V Kelvinech na mínus prvou
Pro izotropní látky platí, že β odpovídá 3α

Question 62

Co předpokládáme u teplotní roztažnosti pevných těles?

Answer 62

S rostoucí teplotou tělesa se zvětšuje jeho objem
Hmotnost tělesa předpokládáme konstantní
Hustota tělesa se zmenšuje

Question 63

Teplotní roztažnost v praxi

Answer 63

Všechno musí být přizpůsobeno teplotě, aby v zimě něco neprasklo
Ocelové konstrukce, průvěs kovových lan, kolena kovového potrubí, chlazení pístů aut, spojování materiálu s podobným α (plomby + zuby, ocel + beton)