219

Министерство образования и науки украины

ДОНБАССКАЯ НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ

СТРОИТЕЛЬСТВА И АРХИТЕКТУРЫ

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ ПО КУРСУ

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

УТВЕРЖДЕНО:

На заседании кафедры

«Физики и физического

материаловедения»

Протокол № 7 от 18.02.2005

СОСТАВИТЕЛЬ:

Проф. Александров В.Д.

Макеевка, 2005

ОГЛАВЛЕНИЕ

Стр.

1. Строение атома………………………………………………………………..3

2. Химическая связь…………………………………………………………....10

3. Кристаллохимия……………………………………………………………..22

4. Кристаллография (1 часть) ………………………………………………....29

5. Кристаллография (2 часть)………………………………………………….39

6. Дефекты кристаллической решетки………………………………………..46

7. Макро-, микро- и наноструктура материалов

и методы их исследования…………………………………………………53

8. Механические свойства твердых материалов……………………………..64

9. Всесторонняя деформация сжатия (или растяжения) твердых тел………71

10. Изгиб и кручение материалов…………………………………………….76

11. Пластичность. Твердость. Ударная вязкость……………………………..82

12. Разрушение материалов. Пути повышения прочности..…………………90

13. Тепловые свойства твердых тел …………………………………………..96

14. Жидкое состояние вещества……………………………………………...103

15. Структура полимеров…………………………………………………….115

16. Механические свойства полимеров.…………………………………….121

17. Термодинамика фазовых превращений…………………………………126

18. Фазовые переходы I рода. Плавление и кристаллизация вещества.

Термический анализ………………….…..………………………………133

19. Фазовые превращения в твердом состоянии……………………………139

20. Сплавы……………………………………………………………………..149

21. Диаграммы состояния бинарных систем разного типа………………...160

22. Диаграммы состояния тройных сплавов………………………………...169

23. Определение концентрации компонентов и плотности сплавов………177

24. Стекла……………………………………………………………………...184

25. Дисперсные системы……………………………………………………...192

26. Электрические свойства материалов…………………………………….199

27. Магнитные свойства твердых тел………………………………………..207

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ………………………….212

1. Строение атома

1. Теория атома водорода по Бору

Представление об атомах как неделимых частицах вещества возникло еще в античные времена (Демокрит, Эпикур, Лукреций). Первая классическая модель атома была предложена и подтверждена экспериментально Резерфордом и Бором и получила название планетарной.

Атом - мельчайшая частица химического элемента, сохраняющая его индивидуальные физико-химические свойства.

Молекула - мельчайшая частица вещества, сохраняющая его индивидуальные физико-химические свойства.

Простые вещества, в основном, состоят из атомов, т.е. для них понятия атом и молекула синонимы.

Схема планетарной модели атома. Вокруг положительного ядра +Ze вращаются электроны по замкнутым орбитам.

Атом нейтрален, т.к. число электронов компенсируется числом положительных зарядов ядра |Ze|,

где Z - номер элемента, е = 1,610^-19 Кл - заряд электрона.

Размер ядра ~ 10^-15-10^-14м.

Размер атома ~ 10^-10м.

По классическим законам электроны притягиваются к ядру с силой Кулона . Для простейшего атома водорода

,(1.1)

где k₀ = 910⁹Нм²/Кл²; при этом электрону сообщается центростремительное ускорение а_ц

, (1.2)

где V - скорость вращения электрона вокруг ядра, r - радиус орбиты.

Т.к. , то, откуда

. (1.3)

Так как скорость V может быть любой, то и радиус вращения электрона в классической модели может любым, а кинетическая энергия электрона может меняться непрерывно при переходе электрона с одной орбиты к другой, т.е. спектры атомов должны быть сплошными. Однако в действительности опыты дают линейчатый спектр, а атомы излучают или поглощают энергию порциями, а не непрерывно.

Это несоответствие экспериментов с выводами классической физики впервые попытался "устранить" Нильс Бор (1913г.), предложивший полуквантовую модель атома и два знаменитых постулата:

Постулаты Бора:

1. Электроны в атоме находятся на стационарных орбитах. В стационарном состоянии атомы не излучают и не поглощают энергию.

Правило квантования момента импульса электрона L:

L = mVr = nħ (n = 1, 2, 3,...), (1.4)

где ħ = h/2, h - постоянная Планка (h = 6,6210^-34 Дж/с).

2. При переходе электрона с одной орбиты на другую излучается или поглощается порция энергии:

h v = E_n - E_k , (1.5)

где E_n, E_k - энергия электрона на уровнях n и k, а v – частота электромагнитного излучения.

Излучение происходит при переходе электрона с высокой орбиты на нижнюю, а поглощение, наоборот, при переходе с низкой на более высокую.