4. Механічні властивості твердих тел.

Щоб будувати надійні будинки, мости, верстати, різні машини, треба знати механічні властивості матеріалів, які використаються: бетону, залізобетону, пластмас і т.п.. Конструктор може заздалегідь знати, як впливають на матеріали значні деформації, умови, при яких матеріали починають руйнуватися. Відомості про механічні властивості різних матеріалів одержують експериментально.

Тіло з будь-якого матеріалу при маленьких деформаціях поводиться як пружне. Його розміри й форма відновлюються, якщо зняти навантаження. Проте майже всі тіла в тій або іншій мері можуть випробовувати пластичні деформації.

Механічні властивості матеріалів різноманітні. Такі матеріали, як гума або сталь, проявляють пружні властивості при порівняно більших напругах і деформаціях. Для металів, наприклад, закон Гука виконується аж доε = 1 %, а для гуми — до значно більшого ε, порядку десятків відсотків. Тому такі тіла називають пружними.

Пластичність. У мокрої глини, пластиліну або свинцю область пружних деформацій маленька. Матеріали, у яких незначні навантаження викликають пластичні деформації, називають пластичними.

Розділ матеріалів на пружною й пластичні значної мірою умовний. Залежно від напруг, що виникають, один і той самий матеріал поводиться як пружний або як пластичний. Так, при дуже більших напругах сталь проявляє пластичні властивості. Сталеві вироби штампують, зокрема, за допомогою пресів, які створюють величезні навантаження.

Холодна сталь або залізо важко піддаються куванню молотом. Але після сильного нагрівання їм легко надати за допомогою кування додати будь-які форми. Пластичний при кімнатній температурі свинець здобуває яскраво виявлені пружні властивості, якщо його остудити до температури нижче

100 ⁰C.

Крихкість. Велике значення на практиці має властивість твердих тіл, що називається крихкістю. Матеріал уважають тендітним, якщо він руйнується при невеликих деформаціях. Виробу зі стекол і порцеляни тендітні: вони розбиваються на шматки, коли падають на підлогу навіть із невеликої висоти. Чавун, мармур, янтар також мають підвищену крихкість. А сталь, мідь, свинець — не тендітні.

У всіх тендітних матеріалах напруга дуже швидко зростає зі збільшенням деформації, і вони руйнуються при маленьких деформаціях. Так, чавун руйнується при відносному подовженні 0,45 %.

5. Плавлення та кристалізація

Плавлення - це перехід речовин з твердого стану в рідкий.

Кристалізація (твердіння) – це перехід речовини з рідкого стану в твердий стан.

У кристалічних тіл є температура плавлення. У аморфних тіл немає температури плавлення, вони поступово нагріваються, розм’якшуються

.і плавляться.

Питома теплота плавлення. Під час плавлення кристалічного тіла вся

теплота, яка підводиться до нього, іде на збільшення потенціальної енергії молекул. Кінетична енергія молекул не змі­нюється, оскільки плавлення відбувається при сталій темпера­турі.

Кількість теплоти λ , яка потрібна для перетворення 1 кг кристалічної речовини при температурі плавлення в рідину тієї самої температури, називають питомою теплотою плавлення,

Під час кристалізації 1 кг речовини виділяється така сама кіль­кість теплоти. Питома теплота плавлення льоду досить велика: 3,34-10⁸ Дж/кг,

Щоб розплавити кристалічне тіло масою m, потрібна кількість теплоти

Q = λ m, Дж

Кількість теплоти, яка виділяється в процесі кристалізації тіла, дорівнює:

Q = -λm, Дж

λ — грецька буква, читається «лямбда».

Графік залежності тиску від температури для процесів плавлення (кристалізації) більшості рідин (рис.4).

Рис.4.

Графік залежності тиску від температури для процесів плавлення (кристалізації) води (рис.5).

Рис.5.