Сейчас мы впервые приступаем к рассмотрению твёрдых тел с точки зрения молекулярно кинетической теории. Конечно же, твёрдые тела разительным образом отличаются от газов, а тем более идеальных газов, по своей структуре и свойствам, однако мы всё равно можем, пользуясь уже имеющимися знаниями, описать их.
Во-первых, вспомним, какое определение твёрдым телам вводилось в младших классах:
Определение. Твёрдые тела – тела, которые со временем не меняют своей формы и объёма. Теперь же для расширения теории о твёрдых телах мы введём классификацию твёрдых тел. Твёрдые тела делятся на…
1. Кристаллы (кристаллические тела)
2. Аморфные тела
Рис. 1. Примеры кристаллических (соль) и аморфных (воск) твёрдых тел соответственно
Рассмотри кристаллические тела:
Определение. Кристаллы – твёрдые тела, у которых наблюдается упорядоченное расположение атомов или молекул (см. рис. 2).
Рис. 2. Пример кристаллической решётки (каменная соль)
Кристаллы, в свою очередь, также делятся на два класса:
1. Монокристаллы, то есть вся структура тела представлена единым кристаллом (алмаз, рубин, сапфир…)
2. Поликристаллы, то есть структура тела представляет собой объёдинение большого количества малых кристаллов (гранит, большинство металлов…)
Следует также знать, что кристаллическая структура не является свойством, характерным для одних химических элементов или соединений, а для других нехарактерным. Дело в том, что многие твёрдые тела обладают так называемым свойством полиморфизма.
Определение. Полиморфизм – свойство твёрдых тел существовать в состоянии с различной кристаллической решёткой. Например, уже приводимые на одном из прошлых уроков в качестве примера алмаз и графит оба состоят из углерода, однако с различным расположением его атомов.
Кристаллы могут быть распределены на две группы также и по следующим свойствам: изотропия и анизотропия.
Определение. Анизотропия – зависимость физических свойств кристалла от направления. То есть кристаллическая структура не симметрична, и существует несколько осей, вдоль которых у кристалла проявляются различные свойства (механические, электрические, оптические). Анизотропия свойственна монокристаллам.
Изотропия – независимость физических свойств кристалла от направления. Свойственна поликристаллам, потому как несимметрические монокристаллы ориентируются хаотически, сводя на нет несимметричность.
Аморфные тела
Определение. Аморфные тела – тела, не имеющие строгой кристаллической решётки, бесформенные тела (смола, стекло, графит…). Аморфные тела ещё называют переохлаждёнными вязкими жидкостями в связи с тем, что у них нет строгой температуры плавления, потому как нет явного перехода от твёрдого состояния до жидкого: с увеличением температуры аморфные тела стают только более текучими, а свойство текучести сохраняется у них даже при низких температурах.
Деформация
Определение. Деформация – изменение формы или объёма твёрдого тела. Различают пять видов деформаций:
1. Растяжение – увеличение расстояния между молекулярными рядами
2. Сжатие – уменьшение расстояния между молекулярными рядами
3. Сдвиг – смещение молекулярных рядов друг относительно друга без изменения расстояния между ними
4. Срез – сдвиг на большие углы.
5. Кручение – поворот молекулярных рядов друг относительно друга
6. Изгиб – комбинация деформаций сжатия и растяжения
Закон Гука
Совершенно очевидно, что для того, чтобы произвести деформацию тела, необходимо приложить силу. Но, по третьему закону Ньютона, со стороны тела будет действовать сила противодействия, или, как её назвали, сила упругости. Существует закон, позволяющий определить величину этой силы в зависимости от величины деформации. Этот закон носит имя Роберта Гука – английского учёного (рис. 3). Но прежде, чем вывести его, сформулируем некоторые параметры материала и деформации.
Определение. Абсолютная деформация - 
:
Здесь: 
- конечная длина тела; 
- начальная длина тела.
Относительная деформация – 
:
Механическое напряжение – 
:
Здесь: 
- сила упругости, действующая внутри тела; 
- площадь сечения тела, перпендикулярного к направлению вектора силы.
Закон Роберта Гука в общем виде выглядит следующим образом:
Здесь: 
- модуль Юнга или модуль упругости, табличная величина, характеризующая упругие качества вещества.
Задание. К каждому виду деформации привести примеры