f 11 24_cietu vielu ipasibas

Cietu vielu īpašības

P. Puķītis. Fizika 11. klasei: 61-67. lpp.

Cietu vielu īpašības nosaka

• daļiņu (atomu, molekulu) izvietojuma tuvā kārtība - nosaka cietas vielas īpašības

• daļiņu (atomu, molekulu) izvietojuma tālā kārtība - daļiņu sakārtojums ir regulārs pat lielā attālumā (kristāliskās vielās, piemēram, vārāmajā sālī, kvarcā un silīcijā)

Kristāliskas un amorfas vielas

http://www.dzm.lu.lv/fiz/IT/F_11/default.aspx@tabid=3&id=330.html

http://www.dzm.lu.lv/fiz/IT/F_11/default.aspx@tabid=3&id=330.html

Amorfas vielasKristāliskas vielas Daļiņas veido telpisku režģi Kūst noteiktā temperatūrā Lūzt noteiktos virzienos, saglabājot kristālam raksturīgo formu

Daļiņas izvietojas haotiski Kūst temperatūras intervālā Sadrūp nenoteiktas formas gabalos

CIETAS VIELAS

Amorfas vielas• Daļiņu izkārtojumā pastāv tikai tuvā kārtība,

fizikālās īpašības visā tilpumā ir vienādas – izotropas.

• Amorfas vielas dabā nav stabilas, ar laiku tās kristalizējas:

http://www.sievietespasaule.lv/skaistums_mode/skaistumkopsana/ka_veikt_medus_masazu_majas/

http://www.la.lv/medus-parvertibas-ka-atskirt-kvalitativu-medu-2/





Kristāliskas vielas

• Ar iedomātām līnijām savienojot blakus esošos atomus, iegūst ģeometrisku figūru – telpas režģi:

http://www.dzm.lu.lv/dbz/IT/D_10/default.aspx@tabid=13&id=227.html

http://www.dzm.lu.lv/dbz/IT/D_10/default.aspx@tabid=13&id=227.html

Kristāliskas vielas• Monokristāli – daļiņu sakārtojums ir regulārs

visā ķermeņa tilpumā.• Polikristāli – sastāv no sīkiem, haotiski

saaugušiem monokristāliem.

http://hebeibaoli07.en.ec21.com/print_offer_detail.jsp?offer_id=OF0010238054






Kristāliskas vielas• Daļiņas sakārtojas telpas režģos

atbilstoši to mijiedarbības potenciālās enerģijas minimuma principam.

• Eksistē 230 dažādi sakārtojuma veidi.

• Vieni un tie paši atomi var veidot dažādas fāzes, kurām ir atšķirīgi telpas režģi (alotropija):

http://www.escuelapedia.com/alotropia-do-carbono/



Kristāliskas vielas

• Monokristāliem piemīt fizikālo īpašību anizotropija – dažādos virzienos fizikālās īpašības ir atšķirīgas

– siltumvadāmība,– elektriskā pretestība,– gaismas laušana.

• Polikristālu īpašības ir izotropas (vienādas visā tilpumā).

• Kristāla defekti – novirzes no daļiņu sakārtojuma tālajā kārtībā, mainot vielas īpašības (pusvadītāji).

Šķidrie kristāli• Noteiktā temperatūras intervālā ir šķidruma

īpašības, bet daļiņu izkārtojumam vienā virzienā pastāv tālā kārtība.

• Elektriskajā laukā, pieslēdzot spriegumu, mainās molekulu orientācija, tie vairs neatstaro gaismu (liquid crystal display – LCD).

http://www.prlog.org/10505883-toshiba-55-sv-685-lcd-tv-reviews-published-by-televisionscom.html



Puķītis. Fizika 11. klasei. Praktiskie darbi. 34. lpp.

Lai izkliedētu pārdzesētus mākoņus un miglu, tajos ievada aukstuma aģentus — sausā ledus daļiņas vai ledus veidojošas daļiņas (sudraba jodīdu u.c.), kas veicina kristāliska ledus rašanos, kurš izkrīt no mākoņiem, samazinās tvaika spiediens, pilieni iztvaiko, un mākoņi vai migla izklīst.

Stikls ir amorfa viela, bet vārāmā sāls - kristāliska

Šķidra viela pieņem trauka formu, daļiņas nav sakārtotas. Cietai kristāliskai vielai ir noteikta forma, starp daļiņām pastāv tuvā un tālā kārtība.

Cietu vielu mehāniskās īpašības

• Ārēju spēku iedarbībā starp daļiņām mainās attālumi un rodas elastības spēki.

• Ja vienā galā nostiprinātu stieni stiepj ar spēku F, stienī rodas elastības spēks Fel un stienis pagarinās par Δl

https://www.fizmix.lv/lat/fiztemas/vielu_fizikalas_ipasibas/cietas_vielas/


Cietu vielu mehāniskās īpašības

• Stieņa izmēru maiņu sauc par deformāciju.• Deformācijas raksturošanai lieto lielumu

mehāniskais spriegums Ϭ (sigma).• Mehāniskais spriegums Ϭ rāda, cik liels spēks F

darbojas uz stieņa šķērsgriezuma S laukuma vienību



Deformācija –• ārējās iedarbības rezultātā

mainās ķermeņa izmēri (tilpums) un forma– elastīga deformācija – izzūd pēc

mijiedarbības beigšanās,– plastiska deformācija – saglabājas

pēc mijiedarbības beigšanās

– Sagraušana – pārsniegta deformācijas izturības robeža

Deformācijas

http://www.youtube.com/watch?v=45QjojWiOEc

Cietu ķermeņu mehāniskās īpašības• Tiek pārbaudītas eksperimentāli

– elastība– cietība– izturība u.c.

• Elastības robeža – maksimālais mehāniskais spriegums, kuram pastāvot, vēl nerodas paliekoša (plastiska) deformācija

http://www.certex.lv/lv/troses-tehniskais-raksturojums/trauda-trou-

pagarinans-pabas__12900

Cietu ķermeņu mehāniskās īpašības• Izturības robeža – maksimālais mehāniskais

spriegums, kuru var izturēt ķermenis. Pārsniedzot šo spriegumu, ķermenis sabrūk.

• Formas atmiņas sakausējumi (FAS) – virs noteiktas temperatūras, plastiski deformējot izveido noteiktu formu. Atdzesējot formu var mainīt, bet sasildot tā atjaunojas.

http://giphy.com/gifs/shape-rad-memory-hmKwGS19jp89G

Cietu ķermeņu un šķidrumu termiskā izplešanās

• Ja cietu ķermeni silda, palielinās tā izmēri: Δl=l- l0

• Relatīvais pagarinājums: Δl / l0

• Relatīvais pagarinājums tieši proporcionāls temperatūras izmaiņai Δt = t – 0 = t

• Ja zināms stieples garums l0 temperatūrā t1=0 Oc, var noteikt stieples garumu l temperatūrā t (α – lineārās izplešanās termiskais koeficients)


• Ja cietu ķermeni silda, palielinās tā tilpums: ΔV=V- V0

• Ja zināms ķermeņa tilpums V0 temperatūrā t1=0 Oc, var noteikt tā tilpumu V temperatūrā t (β – tilpuma izplešanās termiskais koeficients, β = 3α)

V = V0 (1 + βt)

https://en.wikipedia.org/wiki/Thermal_expansion


Cietu ķermeņu un šķidrumu termiskās izplešanās likumsakarību pielietojums• Veidojot ķermeni no dažādām vielām, tām jābūt ar

līdzīgiem izplešanās koeficientiem, lai nesaplīstu (dzelzsbetons)

• Pildot šķidrumus traukos, jāņem vērā izplešanās iespēja (naftas cisternas)

• Deformācijas šuves• Bimetāla plāksnītes

(termoregulators tosterī, gludeklī)

http://how-toasters-work.wikia.com/wiki/File:Bimetallic_strip_physics.gif


B.

A. MPa501050

102100 6

6

00 lSE

lF

xF

k

mNk /10410

102102 4611


D.

C. lkF mmmm

kF

l 5,2105,21025104100 34

4

43

105.210105,2

Cietu vielu kušana• Kristāliskām vielām ir noteikta kušanas temperatūra• Kad sasniegta kušanas temperatūra, vielai pievadot

siltuma daudzumu Q, nemainās vielas temperatūra, bet notiek fāžu pāreja no cietas šķidrā

• Dažādām ielām atšķiras īpatnējais kušanas siltums λ (lamda)

• Lai izkausētu vielu, kuras masa ir m, vielai jāpievada siltuma daudzums Q

Traukā atrodas 2 kg ūdens, kura t1=20 0C. Ūdenī pieber 1 kg sasmalcināta ledus, kura t2=-10 0C. Ūdens īpatnējā siltumietilpība c=4,2·103 J/(kg·K), bet ledus īpatnējā siltumietilpība c=2,1·103 J/(kg·K)

A. Cik lielu siltuma daudzumu Q1 ir jāatdod ūdenim, lai tas atdzistu līdz 0 0C (jo ledus kūst 0 0C)?

Q1= 4,2·103 ·2 ·20= 168·103 J


B. Cik lielu siltuma daudzumu Q2 ir jāsaņem ledum, lai tas sasiltu līdz 0 0C (jo ledus kūst 0 0C)?

Q2= 2,2·103 ·1 ·10= 22·103 J


C. Paskaidro, vai tad, kad ledus ir sasilis līdz 0 0C, ūdens ir atdzisis līdz 0 0C?

Ūdens atdod siltuma daudzumu Q1= 168·103 J Ledus saņem siltuma daudzumu Q2= 22·103 J

Tā kā Q1 > Q2, viss ūdens vēl nebūs atdzisis, ledus kusīs.


D. Noskaidro, vai viss ledus izkusīs? Ledus īpatnējais kušanas siltums ir λ=334 kJ/kg

Ledus kušanai paliek siltuma daudzums Q3 =Q1 -Q2 = 168·103 - 22·103 = 146·103 J

kgQ

m 44,01033410146

3

33

Izkusīs daļa ledus (0,44 kg no 1 kg).


E. Cik liela temperatūra būs traukā, kad iestāsies termodinamiskais līdzsvars?

Tā kā fāzu maiņa notiek 0 0C, šajā temperatūrā iestāsies termodinamiskais līdzsvars.


F. Cik kilogramu ūdens būs cietā fāzē, kad iestāsies termodinamiskais līdzsvars?

D. jautājumā tika aprēķināts, ka izkusīs 0,44 kg ledus. Tātad cietā fāzē paliks m= 1 - 0,44 = 0,56 kg ledus.


G. Cik kilogramu ūdens būs šķidrā fāzē, kad iestāsies termodinamiskais līdzsvars?

Kopējā masa traukā ir m = 2 + 1 = 3 kg.Cietā fāzē paliks 0,56 kg ledus.

Šķidrā fāzē traukā būs m = 3 - 0,56 = 2,44 kg ūdens.

Sublimācija un desublimācija

• Sublimācija – cietviela pāriet tvaikā• Desublimācija – no tvaika veidojas kristāliņi

http://giphy.com/gifs/physics-sublimation-ZaUohCiJxIzkc

http://www.kasjauns.lv/lv/lielasbildes/309/ledus-pukes

Vielu stāvokļa diagramma

https://www.fizmix.lv/lat/fiztemas/vielu_fizikalas_ipasibas/faze_un_fazu_parejas/

Papildus informācijas avoti:• http://www.uzdevumi.lv/p/fizika/11-klase/vielu-fizikalas-ipasibas-7363/re-

ad9bfc57-e8bd-49c3-b44a-cf4cf8bcc21d • http://www.dzm.lu.lv/fiz/IT/F_11/default.aspx@tabid=3&id=330.html • https://www.fizmix.lv/lat/fiztemas/vielu_fizikalas_ipasibas/cietas_vielas/ • https://www.fizmix.lv/lat/fiztemas/speki_un_mijiedarbiba/

speki_daba_un_tehnika/elastibas_speks/

• Свойства твердых тел http://interneturok.ru/ru/school/physics/10-klass/osnovy-molekulyarno-

kineticheskoy-teorii/svoystva-tverdyh-tel?seconds=0&chapter_id=119

Videostundas krievu valodā:

JAUTĀJUMI?

f 11 24_cietu vielu ipasibas

Education