Физика твердого тела

1. Физика твердого тела

Раздел физики, изучающий структуру и свойства твердых тел.

2.

Раздел физики, изучающий состав и внутреннюю структуру
твёрдых тел, называется физикой твёрдого тела.
Все твердые тела обладают следующими общими свойствами:
1.Способностью долгое время сохранять форму и объем
(геометрические размеры);
2.Наличием упругих сил, которые возникают при небольших
изменениях объема от внешнего воздействия (сжатия,
растяжения или сдвига).

3.

Твердые тела
Кристаллические тела
Монокристаллы
Поликристаллы
Монокристаллы –отдельный кристалл с
непрерывной кристаллической решёткой
(в противоположность поликристаллу —
телу из сросшихся кристаллов). Внешняя
форма монокристалла обусловлена его
атомно-кристаллической решёткой и
условиями кристаллизации
Топаз, алмаз, горный хрусталь (кварц)
Аморфные тела
Смола, воск, графит,
изделия из стекла и
янтаря, пластмассы
Поликристаллы – это твёрдые
тела, состоящие из большого
числа кристаллов.
Сахар, лёд, соль, железо, медь, кварц

4. Кристаллы – твердые тела, имеющие форму правильных многогранников

Главное отличие кристаллов от других твердых
тел – наличие кристаллической решеткисовокупности периодически расположенных
атомов, молекул или ионов.
с
Связи
в кристаллах

5. Многообразие кристаллов

Галлит
Галлит 1

6. Многообразие кристаллов

Галлит 2
Медный купорос

7. Многообразие кристаллов

Пирит
Поваренная соль

8. Многообразие кристаллов

Флюорит
Флюорит 1

9.

Кристаллы могут иметь форму различных призм,
основанием которых могут быть правильный
треугольник, квадрат, параллелограмм и
шестиугольник.

10. Монокристалл – отдельный кристалл с непрерывной кристаллической решёткой (в противоположность

малахит
кварц
Монокристаллы обладают анизотропией свойств,
т.е. их свойства разные по разным направлениям

11.

Свойства:
1. Геометрическая форма (правильная)
2. Постоянная температура плавления
(известно из практики)
3. Анизотропия

12.

Анизотропия – (от греч. ánisos – неравный и tróроs – направление),
зависимость физических свойств вещества от направления.
Примеры:
1. Кристаллы со слоистой структурой (слюда, гипс, графит, тальк) в
направлении
слоёв
легко
расщепляются
на
тонкие
листочки,
но
невозможно разрезать или расколоть их в других плоскостях.
2. У графита теплопроводность вдоль слоёв в четыре раза больше, чем по
нормали
к
слоям:
тепло
легче
передаётся
направлениях, где атомы плотнее упакованы.
в
тех
плоскостях
и

13. Поликристаллы – это кристаллы, состоящие из большого числа монокристаллов

Поликристаллы обладают свойством изотропии,
свойства одинаковые по разным направлениям
т.е.

14.

Свойства поликристаллов:
1.Геометрическая форма (неправильная)
2.Температура плавления постоянная
3.Изотропия

15.

Примеры кристаллических решёток твердых веществ

16. Внутри кристаллической решётки могут встречаться дефекты –нарушения дальнего порядка в расположении атомов

Вакансия
Внедрение атома
Замещение атома

17.

Часто встречаются кристаллические тела одинаковые по своему
химическому составу, но обладающие очень разные физические свойства.
Самый известный пример — это углерод, имеющий две модификации:
графит и алмаз. Разное строение кристаллических решеток является
причиной того, что алмаз имеет рекордные показатели твердости, а графит
из-за его мягкости используется в качестве грифелей для карандашей.

18.

Кристаллические решетки алмаза и
графита
Алмаз
Графит

19.

Аморфные тела
Аморфными называют вещества у которых нет
строгого порядка в расположении частиц.
Смола, воск, графит, изделия из стекла и янтаря, пластмассы —
все это примеры аморфных тел (от греческого слова Amorphous
— бесформенный, некристаллический).

20. Свойства аморфных тел

• Нет кристаллической структуры;
• Нет определенной температуры плавления;
• При повышении температуры текут;
• При низких температурах – свойства твердых тел;
• При высоких температурах – свойства жидкостей.

21.

Кристаллическая решетка
Кристаллический кварц
Аморфный кварц

22. Использование алмазов

Так выглядят алмазные
резцы для обработки
контактных линз.
В промышленности часто
используются инструменты,
покрытые алмазным порошком.
Прочность алмаза делает его
наиболее подходящим
материалом, который
применяется при изготовлении
тонкой проволоки, в частности
нитей накаливания
электрических лампы.
Алмазные буры

23. Использование алмазов

Хотя почти все драгоценные камни царапают
стекло, успешно отрезать полоску стекла можно
только алмазом.
Алмазный стеклорез
Два ребра кристалла сходятся под
острым углом.

24.

Применение кристаллов
Многие кристаллы не являются хорошими проводниками
электричества, как металлы, но их нельзя отнести и к
диэлектрикам, т.к. они не являются и хорошими изоляторами.
Это полупроводники. 4/5 массы земной коры: германий,
кремний, селен и др., множество минералов, различные оксиды,
сульфиды - являются полупроводниками.

25.

Применение
кристаллов
Лазер (англ.) –
это усиление света в
результате
вынужденного
излучения.
Основа лазера - рубиновый стержень . Торцы
его строго параллельны друг другу. Работает в
импульсном режиме на длине волны 694 мм (темновишневый свет), мощность излучения может
достигать в импульсе 106–109 Вт.