I. Основы реологии твердых тел.

Реология- это раздел физики, изучающий течение и деформацию жидкостей, газов и твердых тел.

1.1 Твердые тела. Кристаллические и аморфные твердые тела. Полимеры.

Твердые тела - это тела, сохраняющие форму и объем за счет значительных молекулярных сил отталкивания и притяжения. Большая часть твердых тел имеет кристаллическое строение. Оно характеризуется упорядоченным, геометрически правильным расположением частиц (атомов, молекул, ионов) по всему объему тела. В зависимости от природы частиц, находящихся в узлах кристаллической решетки, различают четыре типа кристаллических решеток: ионные, атомные, молекулярные и кристаллические.

У ионных кристаллов в узлах решеток располагаются правильно чередующиеся положительные и отрицательные ионы, связанные силами электростатического притяжения. Кристаллы с ионным строением (напр. NaCl) тверды, хрупки, хорошо растворяются в воде.

В узлах атомных кристаллических решеток находятся электрически нейтральные атомы, между которыми осуществляются ковалентные связи. Такие решетки имеют разновидности углерода - алмаз и графит, полупроводники (например, германий- Ge, теллур- Te), многие органические твердые тела. Кристаллы с атомной решеткой отличаются твердостью, прочностью, малой растворимостью.

Молекулярные кристаллы - это кристаллы брома, йода, кристаллы льда, многие твердые органические соединения. В узлах кристаллических решеток таких кристаллов находятся определенно ориентированные молекулы, связь между которыми образуется ван-дер-ваальсовыми силами. Такие кристаллы характеризуются мягкостью, хорошей растворимостью.

У металлических кристаллов в узлах кристаллической решетки расположены положительные ионы металлов. Внешние (валентные) электроны представляют совокупность свободных электронов («электронный газ»). За счет теплового движения свободных электронов и взаимного притяжения между ними и положительными ионами осуществляется связь их в единое твердое тело. Наличием «электронного» газа объясняется хорошая электропроводность и теплопроводность металлов.

Наиболее характерным свойством кристаллических тел является анизотропия – различие физических свойств тела (механических, тепловых, электрических, оптических) в различных направлениях. Однако, свойство анизотропии проявляется только у монокристаллов. У поликристаллов, вследствие беспорядочной ориентировки микрокристаллов, анизотропия тела в целом не проявляется.

Некоторые твердые тела (стекло, смолы, пластмассы и др.) имеют не кристаллическое, а аморфное строение и называются аморфными твердыми телами. Аморфное строение характеризуется отсутствием строгой повторяемости в расположении атомов или молекул во всех направлениях. Для аморфных тел, подобно жидкостям, сохраняется только ближний порядок расположения частиц. Физические свойства аморфных тел одинаковы по всем направлениям. Это явление называется изотропией.

Полимеры – это органические высокомолекулярные соединения, отличающиеся цепочечным строением молекул, длина которых достигает несколько микрометров. Молекулы полимеров состоят из большого числа (до десятка тысяч) одинаковых звеньев (мономеров). Каждый мономер состоит из небольшого числа атомов. По происхождению полимеры делят на природные (например, клетчатка, крахмал, белки, нуклеиновые кислоты) и на синтетические биополимеры (например, полиэтилен, полистирол, получаемые методами полимеризации и поликонденсации). Полимеры бывают жидкие (раствор поливинил-пирролидина) и твердые (плексиглас). Среди твердых полимеров различают кристаллические и аморфные. Кристаллические полимеры образуют анизотропные волокна и пленки; а аморфные находятся в высокоэластичном состоянии, причем, такие полимеры могут сильно деформироваться (до 1000%), и его деформация обратима.