Билет 11
Характеристика твердых тел. Кристаллы.
Твердое состояние вещества характеризуется наличием постоянной формы и объема. Твердые тела делятся на кристаллические и аморфные.
Кристаллические тела характеризуются правильным расположением атомов, молекул и ионов, совершающих лишь колебательные движения относительно положения равновесия и образующих мельчайшие кристаллические ячейки вещества.
Аморфные тела не обладают кристаллической структурой. По своему внутреннему строению аморфные тела близки к жидкостям, отличаясь от них лишь меньшими средними расстояниями между молекулами и в связи с этим большими силами молекулярного притяжения. В отличие от кристаллических тел, аморфные тела не обладают определенной температурой плавления, а переходят в жидкое состояние путем постепенного размягчения вследствие уменьшения вязкости при нагревании. Исходя из этого, аморфные тела можно считать переохлажденными жидкостями.
К аморфным телам относятся: стекло (аморфные тела иногда называют стекловидными телами), бетон, пластмассы, смолы, опал и т.д.
Большинство твердых веществ имеет кристаллическую структуру. Одна из характерных особенностей кристаллического тела – постоянство углов между соответствующими гранями различных кристаллов данного вещества. Другая характерная особенность – определенное расположение ионов, атомов или молекул, составляющих кристаллическую (пространственную) решетку твердого тела.
Точки, соответствующие наиболее устойчивому положению равновесия частиц в решетке, называются ее узлами. Если в каком-либо направлении расстояния между ближайшими узлами решетки равно d, то на расстоянии nd от заданного узла в этом же направлении будет находиться n -й по порядку такой же узел. В этом смысле говорят, что у кристаллического твердого тела имеется дальний порядок в расположении частиц. Величина d называется расстоянием между плоскостями узлов решетки для выбранного направления.
Если все узлы решетки заняты частицами, то решетка называется правильной. Однако практически часть узлов решетки оказывается не занятой частицами. Кроме того, некоторые частицы попадают в мало устойчивые положения равновесия где-либо между узлами решетки. К таким частицам часто относятся посторонние примеси, т.е. инородные атомы или молекулы, случайно попавшие в данное вещество. Подобного рода нарушения в расположении частиц кристаллических тел называются дефектами кристаллической решетки. Одним из видов дефектов является нарушение в строении самой решетки, называемое дислокацией. Именно вследствие наличия дефектов в пространственных решетках кристаллических твердых тел в них может происходить диффузия.
Кристаллические тела делятся на монокристаллы и поликристаллы. Монокристаллы иногда обладают геометрически правильной внешней формой, но главный признак – периодически повторяющаяся внутренняя структура во всем объеме. Поликристаллическое тело представляет собой совокупность сросшихся друг с другом хаотически ориентированных маленьких кристаллов – кристаллитов. В отдельно взятом кристалле данного веществе (монокристалле) наблюдается неодинаковость физических свойств в различных направлениях. Напр., у одного и того же монокристалла в различных направлениях могут быть неодинаковыми электропроводность, теплопроводность, показатель преломления света и другие свойства. Зависимость физических свойств кристаллов от направления называется анизотропией.
Поликристаллические тела имеют одинаковые физические свойства во всех направлениях, т.е. являются изотропными веществами (напр., изотропны все металлы). Аморфные тела, как большие, так и очень маленькие, всегда изотропны.
Явление интерференции и дифракции.
Явление увеличения или уменьшения амплитуды результирующей волны при сложении двух или нескольких волн с одинаковыми периодами колебаний называется интерференцией волн.
Интерференция – это сложение колебаний. В результате интерференции в каких-то точках пространства происходит рост амплитуды колебаний, а в других – их уменьшение. Неизменная картина интерференции наблюдается только тогда, когда разность складываемых колебаний постоянна (они когерентны). Очевидно, что когерентными могут быть колебания одинаковой частоты. Поэтому чаще всего изучают интерференцию монохроматических колебаний.
Интерференцию световых волн можно наблюдать, если положить стеклянную линзу на стеклянную пластинку (см. рисунок справа) и посмотреть на них сверху. Луч света (красные стрелки) падает сверху на линзу, преломляется, отражается от её нижней искривлённой поверхности и выходит из линзы (луч 2). Однако часть луча, упавшего на нижнюю поверхность линзы, выходит из неё, падает на стеклянную пластинку, отражается от неё, проходит через линзу и выходит из неё (луч 1). Лучи 1 и 2 когерентны, т.к. они возникли из одного луча.
Если попав в глаз, фаза этих лучей будет отличаться на целое число периодов, то эти лучи будут усиливать друг друга и мы увидим яркое пятно. В тех случаях, когда их разность фаз составит нечётное число полупериодов (Т/2, 3Т/2, 5Т/2 и т.д.) лучи уничтожат друг друга, и мы увидим тёмное пятно.
Очевидно, что разность фаз между лучами 1 и 2 зависит от толщины зазора между линзой и пластинкой. Поэтому, смотря сверху мы увидим чередующиеся тёмные и светлые кольца – кольца Ньютона
Отклонение направления распространения волн от прямолинейного у границы преграды называется дифракцией волн.