Кристалды кйді, негізгі ерекшеліктері

Енді атомды-молекулалы дегейде затты атты жне сйы кйлерін арастырайы. Табиатта кездесетін атты денелерді басым кпшілігіні рылымы кристалды болады деуге болады (минералдар жне металдар атты кйде кристалдар болып табылады).

Кристалды кйді сйы жне газ кйінен ажырататын негізгі сипат оларда анизотропияны болатындыы: кристалды кейбір физикалы (механикалы, жылулы, электрлік, оптикалы) асиеттері баыта туелді болады.

Кристалды денелерді асиеттері р трлі баыттарда бірдей емес. асиеттері барлы баыттарда бірдей болатын денелер изотропты деп аталады. Газдар жне сйытармен атар аморфты атты денелер изотропты болып табылады. Кристалдарды анизотроптыыны себебі оларды тзетін белшектерді (атомдарды немесе молекулаларды) реттілікпен орналасуында. Блшектерді реттілікпен орналасуы кристалдарды сырты жатарыны дрыс геометриялы пішінде болуынан-а крінеді. Кристалдарды райтын бліктер кеістікте дрыс кристалды тор тзеді. Кристалды тор деп тйіндерінде кристалды райтын блшектер орналасатын кеістіктік торды айтады.

 


Кристаллография

Кристаллография (грек. krіstallos – мз, grafo – жазу) – кристалдар мен кристалл заттар туралы ылым. Ол кристалл заттарды рамы мен рылысын, пішінін, физ. пен хим. асиеттерін, оларды зара рі сырты ортамен байланысын жне кристалды кйін зерттейді. К. геом., физ. жне хим. болып блінеді. Геом. К. кристалл заттарды симметриясын, пішінін, кеістік рылысыны геом. Задылытарын, ал физ. К. кристалдарды физ. асиеттерін зерттейді. Хим. К. кристалл заттарды хим. рамымен байланысты арастырады. азіргі кезде химия жне физика ылымдары аралыындаы кристаллографияны салалары жеке ілім – кристаллохимия, кристаллофизика ретінде арынды дамуда. К. жеке ылым ретінде 17 -ды ортасынан дами бастады. Кристалдарды рылысын зерттеуде рентгенография, электронография, нейтронография, ядр. магниттік резонанс, т.б. тсілдер олданылады. К. тсілдерін белоктар мен нуклеин ышылдарын зерттеуде олдану молекулалы биологияны дамуына кшті сер етті. Кристалдарды пайда болуы жне оларды су ерекшеліктерін зерттеу К-ны басты міндеттеріні бірі болып табылады. Мнда кристалдарды зін оршаан ортамен зара серін, атом-молек. рылымы мен асиеттеріні анизотроптыын ескере отырып, беттік былыстарды, фазалы згерулерді задылытарын жне термодинамик. жалпы принциптері пайдаланылады. Осыан байланысты жасанды кристалдар алу ндірісі арынды дамуда. К. сйы кристалдар мен полимерлерді рылымы мен асиеттерін зерттеуде де олданылады.

састытары жне айырмашылытары. Физикада атты дене деп тек кристалл денелерді айтады. Аморфты денелерді сырт араанда клемін жне пішінін сатауы оларды атты дене етіп крсеткенімен, бл денелер те ттыр сйы деп арастырылады. Температура жоарылаан сайын оларды сйыа тн асиеттері бірден кріне бастайды, бірте-бірте еріп, сйыты барлы асиеттеріне ие болады.
Аморфты денелер – изотропты. Кристалды асиеттері р трлі баыттарда трліше болады. Кристалдар – анизотропты.
Аморфты денелер. Атомдарыны ретті орналасуы алыс ашытытарда да айталанып отыруымен сипатталатын кристалды денелерден аморфты денелерді айырмашылыы, мнда тек жуы тртіп ана орын алады. Кейбір заттар кристалл жне аморфты трде де бола алады.
Кристалдар. зіні формасын да, клемін де сатайтын затты атты дене деп атайтынымыз белгілі. Біра блар затты атты кйін тек сырты тріне арап ана сипаттайды. Физикалы трыдан аланда біз бл белгілеріне арап атты кйді сйы кйден айыра аламыз.
Кристалдарды ішкі рылымсын рентген сулелеріні кмегімен зерттеулер олардаы блшектерді (молекулалар, атомдар жне иондарды) дрыс орналасатынын крсетті, яни олар кристалды (кеістіктік) тор тзейді. Кристалды тордаы атты денені блшектеріні е орныты тепе-тедік алпына сйкес нктелері торды тйіндері деп аталады.
Кеістіктік тор. Криталдаы блшектерді дрыс орналасуын кристалдарды кейбір асиеттеріні баыта туелділігі, яни анизотропиясы шыады.
Анизотропия асиетіні тек монокристалдара ана тн болатындыын да айта кетейік. атты денелерді кпшілігіні рылымы поликристалды (грек. поли - кп), яни микроскоппен ана круге болатын те са кристалдарды жиынтыынан трады. Поликристалды денелер мен аморфты денелерді айырмашылыы мынада: поликристалды денелерді анизотропия байалатын те кішкентай блігін бліп алуа болады, ал аморфты денелерді кез-келген блігін арастырса та, ол рашан изотропты.
Кристалды рылымдарды трлері. Кристалдарды р трлі типтерін жне кристалды торда орналасу ммкіндіктерін кристаллография зерттейді. Кристал торыны тйіндерінде орналасан блшектер арасында рекет ететін кштерді сипаты бойынша кристалды рылымдарды трт трге бледі: ионды, атомды, молекулалы жне металды.
Тор тйіндерінде бейтарап атомдарды болуымен сипатталатын рылым, атомды кристалды рылым деп аталады. Олар коваленттік байланысан. Коваленттік байланыс деп іргелес орналасан екі атомны зара екі валенттік электрондар алмасуы кезінде туатын тартылыс кшіні салдарынан пайда болатын байланысты атайды.
Деформация - зара рекеттесуші екі денені жанасуы кезінде оларды райтын жеке бліктері озалыса келеді де, бл денелерді пішіні мен лшемі згереді. Мысалы, серіппе денеге рекет ете отырып созылады, жка таяша иіледі, олды блшы еттері атаяды. Дене пішініні немесе лшемдеріні згеруін деформация (латынша деформация - бліну, бзылу) деп атайды. Кшті згеруіне байланысты денені формасы згереді немесе деформацияланады. Деформация денелерді зара рекеттесуі кезінде жзеге асатындытан, зара рекеттесетін екі дене де деформацияланады. Атомдарды араашытыын згерткенде, оларды арасындаы кштер де згеріске шырайды жне ол кштер денені бастапы алпына келуге тырысады. Деформация пластикалы жне серпімді болып блінеді. Кшті рекеті тотааннан кейін, дене зіні бастапы пішіні мен лшемін згертетін болса, мндай деформация пластикалы деп аталады.

Пластикалык деформациядан кейін дене зіні жаа пішіні мен лшемін толыымен немесе жартылай сатайды жне ондай дене пластикалы дене деп аталады.Мысалы, пластилиннен немесе саздан кп кш тсірмей-а андай да бір пішіндегі дене жасауа болады. Ал колымызды пластилинге рекет етуі тотааннан кейін ол зіні жаа пішінін сактайды. Кшті рекеті тотааннан кейін денені бастапы пішіні мен лшемі айтадан алпына келетін болса, мындай деформация серпімді деп аталады.

 

Дене пішініні немесе лшеміні згеруі деформациядеп аталады

 

пластикалы   серпімді

 

Сырты кшті сері тотааннан кейін бастапы пішіні мен лшемін згертетін болса, пластикалы деформация деп аталады   Сырты кшті сері тотааннан кейін бастапы алпына айтып келсе, серпімді деформация деп аталады. Серпінді деформация трлері: созылу, сыылу, майысу, ыысу, бралу
Мысалы: пласталиннен жасалан денелер, майысан сымдар, саздан жасалан р трлі денелер, т.б.   Мысалы: допты тепкенде, серіппені созанда немесе жиыранда, ауа шарын ргенде, т.б.

Деформацияланан денені алпына келтіретін андай кш деген сра туады. Денені деформациясы кезінде, денені бастапы алпын мен лшемін сатайтын кері кш пайда болады. Бл кш атом жне молекула арасында электромагниттік серлесу кезінде пайда болады. Мндай кшті серпімділік

кші деп атайды. Мысалы, допты тепкен кезде, ол зіні пішінін згертеді, яни деформацияланады Серіппеге андай да бір кшпен рекет ете отырып, оны созуа емесе ысуа болады . Деформациялаушы кш токтааннан кейін серпімділік кші денені бастапы алпына келтіреді. Сол сияты ауа шарын рлеуді тотатсак, ол да бастапкы пішінін алады. Денені деформациялануы артан сайын Бл кезде пайда болатын серпімділік кші де артады. Ал тсірілген кшті шамасы белгілі бір шектен асанда (р трлі материалдар шін трліше), денелер серпімділік асиетін жоалтып, е соында пластикалы сипат танытады. Мысалы, ааш сызышты аздап иіп, сонан со айтадан босатса, онда ол бастапы алпына келеді.Ал егер оны июге едуір кп кш жмсайтын болса, сызыш морт сынады. Металдарды, сіресе болатты серпімділік асиеті едуір жоары болады.
Кнделікті мірде пайдаланылатын кптеген нысандарды (трын йлерді, кнделікті мірде кеінен пайдаланатын нрселерді) кбінесе атты рі берік материалдардан жасайды. Ондай материалдарды деформациясын (созылуын немесе сыылуын) жай кзбен байап, сезіну ммкін емес. Ал енді бір мезет кз алдымыза жмсак еденді, стелді, ыдысты елестетіп крейікші.рине, мндай оай деформацияланатын лемде мір сру де те иын болар еді.

1-тжірибе:

Серіппені штативке іліп, оан массасы белгілі жктерді іліп созылуын баылаймыз. рбір жкті ілген сайын созылуын сызышпен лшеп, белгілеп алып отырамыз. орытынды: серіппеге нерлым кбірек жк ілсек ол кбірек созылады

Тжірибе

атадыы баса серіппені штативке іліп, оан алдыы серіппеге ілген жктерді ретімен іліп п созылуын баылаймыз. рбір жкті ілген сайын созылуын сызышпен лшеп, белгілеп алып отырамыз. Алдыы серпіппені заруымен салыстырып орытынды жасаймыз: серіппені созылуы оны жасалан материалына туелді

Деформация формуласы

Бл жерде — Элементті деформациядан кейінгі зындыы, — Элементті зындыы

Серпімді деформацияны шамасы тсірілген кшке тура пропорционал (деформацияланан блшектерді орын ауыстыруына арама-арсы баытталан), яни Fсерп=-kx. x=x-x0, k-денені атадыы, x = - – денені созылу шамасы (деформация)

Бл зады 1660 жылы аылшын физигі Роберт Гук ашан, сондытан Гук заы деп аталады. K – атады, лшем бірлігі - Н/м. Гук заы серпімді денелер шін ана олданылады.

Деформацияны трлері. айсыбір себептерді рекетінен дене пішініні (формасыны) немесе клеміні згеруін деформация деп атайды.
1. Тсірілген кшті рекетінен дене зындыыны бір баытта созылуын бойлы созылу деформациясы деп атайды.
2. зін бір баытта сыып жатан кшті рекетінен дене зындыыны кемуі бойлы сыылу деформациясы деп атайды.
3. Денені барлы баытта созып жатан кшті рекетінен дене клеміні лаюы барлы жаа созылу деформациясы деп аталады.
4. Жан-жатан сыатын кшті рекетінен дене клеміні кемуі барлы жатан сыылу деформациясы деп аталады.
5. осіне перпендикуляр кшті рекетінен шыбыты майысуы клдене майысу деформациясы деп аталады.
6. Денені параллель аьбаттарыны бір-біріне атысты ос кшті рекетінен брылуы бралу деформациясы деп аталады.
7. Денені параллель абаттарыны бір-біріне атысты салыстырмалы трде параллель орын ауыстыруы ыысу деформациясы деп аталады.
Жоарыда айтылып кеткен деформацияларды райсысы кіші де, лкен де бола алады. Оларды рбіреуін rа абсолют деформациямен баалауа болады. Абсолют деформация дп кш рекетінен болан денені айсыбір лшеміні санды згерісін атайды. Деформацияланан атты денедегі ішкі кштерді рекетін сипаттайтын шама механикалы кернеу деп аталады.
SI жйесінде бірлігі ретінде имасыны 1м2 ауданына 1 Н ішкі кш рекет ететін материалды механикалы кернеуі алынады.
Серпімділік, иілгіштік, мортты жне аттылы. атты денені кез келген деформациясы кезінде ішкі кштерді рекетінен денені райтын блшектер бір-біріне атысты ыысады. Бл материалда деформацияа арсы рекет ететін кштерді тудырады. Серпімділік кштері деп аталатын осы кштер деформацияланан денені ішінде, оны жеке бліктеріні арасында, денені джеформациясын тудыратын баса денелерге де рекет етеді. Олар деформацияланан денені брыны пішінін жне клемін алпына келтіруге тырысады. Деформацияланан денені сырты кштерді рекеті тотааннан кейін зіні брыны пішіні мен клемін абылдау асиеті серпімділік деп аталады. Денеге тсірілдген сыры кштерді рекеті тотаан бойда жоалатын денені деформациясы серпімді деформация деп аталады.
Денеге тсірілген сыры кштерді рекеті тоталан кейін де деформацияны сатап алу асиеті иілгіштік (пластьикалы) деп аталады.
Іс жзінде аз жктемелер кезінде серпімді деформацияланатын, ал сыры жктемені арттыран кезде алды деформация пайда болмастан брын ирайтын материалдар кездеседі. Мндай метериалдар морт материалдар деп аталады (шыны, кірпіш, керамика).
Материалды аттылыын трліше кштермен анытайды. Кбіне аттыра материалдар деп екінші материалды бетіне сызан кезде із алдыратын материалды айтады. Е атты материал – алмаз.
Гук заы. Серпімділік модулі. Серпімді деформация мен материалдардаы ішкі кштерді арасындаы байланысты тыш таайындаан аылшын алымы Р.Гук. Гук заыны тжырымдамасы мынандай: серпімді деформацияланан денедегі механикалы кернеу осы денені салыстырмалы деформациясына тура пропорционал.
Материалдаы механикалы кернеуді зат тегіне жне сырты шарттара туелділігін сипаттайтын k шамасы серпімділік молулі деп аталады. Серпімділік молулі материалдаы салыстырмалы серпімді деформация бірге те кезде пайда болатын механикалы кернеумен лшенеді.
Балу жне кристалдану. Балу температурасы. Затты атты кйден сйы кйге туі балу, ал сйы кйден атты кйге туі атаю немесе кристалдану деп аталады.
Затты балу немесе атаю поцесстері кезінде оны ішкі энергиясыны затты тегіне жне сырты шарттара туелділігін сипаттайтын шамасы меншікті балу жылуы деп аталады. Ол осы затты балу температурасында алынан бірлік массасын балытуа ажетті жылу млшерімен лшенеді.
Затты алыпты атмосфералы ысым кезінде балу температурас затты балу нктесі деп аталады. атты денелерді кебуі сйытарды білануына сас. атты денелерді кебуі сублимация немесе рау деп аталады. Кбіне газ кйінен сйы кйге тотамай, бірден атты кйге тетін кері процесті де баылауа болады (десублисация). Бан терезе йнегіндегі ырау мысал бола алады, бл ауадаы су буыны бірден мза айналуы.
Берілген зат шін осы затты ш фазасы да тепе-тедікте болатын С нктесінде р жне Т шамаларыны бір ана мні сйкес келеді. Зат кйлеріні диаграммасында С нктесін затты барлы ш фазасыны арасындаы тепе-тедікті рнектейтін штік нкте деп атайды. Суды штік нктесінде ысым 610 Па, ал температура 273,16 К.
Фазалы ту затты ішкі энергиясыны згерісіне байланысты жне фазалы трлену жылуын жту (немесе шыару) арылы жреді, яни балу (кристалдану) жылуы, булану (конденсациялану), сублимация (десублимация) жылуы.

Орытындылау

· Серпімділік кші серлесуші екі блшекті ара ашытыыны згеруіне байланысты болады

· Бл кш денелерді сыанда, созанда жне т.б. жадайларда пайда болады

· Серпімділік кшті Гук заы арылы анытауа болады

· Минус табасы серпімділік кшіні деформацияланан блшектерді орын ауыстыруына арама арсы баытталанын крсетеді

ызыушылыты ояту
а) Болат шармен ойын добы бір - бірімен сотыысаннан кейін айсысы жылдам озалады? Неліктен?
Жауабы: Сотыысаннан кейін ойын добы жылдам озалады. йткені, болат шара араанда оны массасы аз (кіші)
) лкен жылдамдыпен келе жатан машинаны алдына неліктен жгіріп шыуа болмайды? Бл андай былыс?
Жауабы: Машина лкен жылдамдыпен келе жатанда тежеуішін басса да, ол жылдамдыын сатап алуа тырысады. Инерцияны саталу заы.
б) Массасы 100 г жне 1кг екі дене сотыысаннан кейін айсысыны жылдамдыы артады?
Жауабы: Массасы 100г денені жылдамдыы артады.
в) Бір алыпты озалып келе жатан арбада отыран бала жоары арай доп латырса, баланы латыран добы олына айта дл тсе ме? Осы былысты тсіндір.
Жауабы: Тспейді. Себебі бала арбамен бірге латыран доппен салыстыранда орын ауыстырады. Бл озалысты салыстырмалылыы.
г) Егер екі дене сотыысаннан кейін оны біреуі - 0,007 м/с, ал біреуі - 0,5 м/с жылдамдыпен озалса, онда денелерді айсысыны массасы кіші болады?
Жауабы: Жылдамдыы 0, 5м/с денені массасы кіші

Тжірибеге сйкес температура жоарылаан сайын атты денелер мен сйытарды клемі артатыны белгілі.

атты дене мен сйыта берілген температурада молекулалар бір-бірінен белгілі ашытытарда орналасады да, тепе-тедік алыптарыны маында тербеліп трады. Температураны жоарылауымен тербеліс энергиясы артады. Басаша сзбен айтанда температура артан сайын молекулалар бір-бірінен ашытайды.

Тжірибелерді крсетуіне араанда абсолют нлден алша тран температура аралыында клемні салыстырмалы згерісі температураны згерісіне пропорционал:

,

мндаы b-клемдік лаю коэффициенті, яни 1 Кельвинге келетін клемні салыстырмалы згерісі. DV=V-V0, бнда V0 – t0=00C температураа сйкес денені клемі жне DT=t-t0=t деп алса, онда V=V0(1+bt). Денені тыыздыы шін осыан сас r=r0(1+bt).

Клемдік жылулы лаю атты денелер мен сйытара бірдей атысты болса, сызыты жылулы лаю тек атты денелерге ана тн.

Сызыты жылулы лаю берілген температуралы аралыта сызыты лаю коэффициентімен сипатталады: l=l0(1+at), мндаы l0- денені t0=00C температура кезіндегі зындыы, l-денені t температурадаы зындыы a шамасы 1 Кельвинге келетін зындыты салыстырмалы згерісі.

атты денелерді басым кпшілігі шін a=(10-5 – 10-6) К-1, яни іс жзінде температура туелсіз деп есептеуге болады.

Ал температура аралытары шін сызыты жне клемдік лаю коэффициенттеріні байланысы мына рнекпен беріледі: b3a.

6.4 лестірмелі материал:электронды кітаптар, тесттер, карточкалар

6.5 Пайдаланан дебиеттер:

1. Физика: Жалпы білім беретін мектепті жаратылыстану-математика баытындаы 10-сыныбына арналан оулы/ Б.Кронгарт, В.Кем, Н.ойшыбаев.-д., толыт. 2-бас. Алматы: Мектеп, 2010-384 б., сур.

2. Физика: Жалпы білім беретін мектепті жаратылыстану-математика баытындаы 11-сыныбына арналан оулы/ С.Тябаев, Ш.Насохова, Б.Кронгарт, т.б.- Алматы: “Мектеп” баспасы. -384 б., сур.

3. Савельев И.В. Жалпы физика курсы. – Алматы, Мектеп, 1,2,3 том, 2000

4. Волькенштейн В.С. Жалпы физика курсыны есептер жинаы. – М., Наука, 2000

5. Иродов И.Е. Жалпы физика курсыны есептер жинаы. М: Наука, 2006

6.6.Баылау сратар:

1.Кристалдар дегеніміз не?

2.Деформация дегеніміз не?