- •Министерство образования и науки украины
- •1. Строение атома
- •1.2. Некоторые сведения из квантовой механики
- •1.3. Уравнение Шредингера для атома водорода
- •1.4. Спин электрона
- •1.5. Атомная орбиталь
- •1.6. Принцип Паули
- •1.7. Многоэлектронные атомы
- •2. Химическая связь
- •2.1. Основные характеристики химической связи
- •2.1. Составление химических уравнений
- •2.3. Стехиометрические расчеты в химии
- •2.5. Номенклатура неорганических соединений
- •2.5. Скорость химических реакций.
- •3. Кристаллохимия
- •3.1. Ионные кристаллы
- •3.2. Ковалентные связи в кристаллах
- •3.3. Металлическая связь
- •3.4. Слабая (ван-дер-ваальсовая) связь в кристаллах
- •3.5. Кристаллохимические параметры
- •4. Кристаллография (1 часть)
- •4.1. Предмет кристаллографии
- •4.4. Сетка Вульфа. Сферические координаты
- •4.5. Элементы симметрии кристалла
- •5. Кристаллография (2 часть)
- •5.1. Сингонии. Решетки Бравэ
- •5.2. Некоторые наиболее распространенные типы решеток
- •5.3. Пространственная решетка
- •5.4. Индицирование направления
- •5.5. Индицирование плоскостей (hkl)
- •5.6. Индицирование гексагональных кристаллов (граней)
- •5.7. Термины в кристаллографии
- •6. Дефекты кристаллической решетки
- •6.1. Точечные дефекты
- •6.2. Миграция точечных дефектов
- •6.3. Диффузия в твердых телах
- •6.4. Дислокации в кристаллах
- •7. Макро-, микро- и наноструктура материалов
- •7.1. Макроскопический анализ
- •7.2. Микроскопический анализ
- •7.3. Принцип работы металлографического микроскопа
- •7.4. Определение балла зерна
- •7.5 Фазовый анализ
- •7.6. Наноструктура
- •7.7. Рентгеноструктурный анализ материалов
- •8. Механические свойства твердых материалов
- •8.1. Разновидности механических свойств материалов
- •8.3. Упругая линейная продольная деформация
- •8.4. Сдвиг. Упругая деформация сдвига
- •8.5. Взаимосвязь между деформациями растяжения (сжатия) и сдвига
- •9. Всесторонняя деформация сжатия
- •9.1. Закон Гука для всесторонней деформации
- •9.2. Закон Гука для деформации вдоль одной стороны
- •9.3. Связь между модулем всестороннего сжатия и
- •9.4. Напряжения при ударе
- •9.5. Упругое последствие
- •10. Изгиб и кручение материалов
- •10.1. Изгиб. Упругая изгибная деформация
- •10.2. Прогиб и поворот сечения балки
- •10.3. Прогиб балки на двух опорах
- •10.4. Кручение материалов. Деформация кручения
- •11. Пластичность. Твердость. Ударная вязкость
- •11.1. Пластическая деформация твердых тел
- •11.2. Физическая сущность пластической деформации
- •11.3. Пластическая деформация поликристаллов
- •11.4. Основные характеристики деформации и разрушения
- •11.5. Твердость материалов
- •12. Разрушение материалов. Пути повышения прочности
- •12.1. Прочность. Виды разрушений
- •12.2. Ползучесть материалов
- •12.3. Другие механические свойства
- •12.4. Пути повышения прочности материалов
- •13. Тепловые свойства твердых тел
- •13.1. Колебания атомов в кристаллах
- •13.2. Теплоемкость твердых тел
- •13.3. Теплопроводность твердых тел
- •13.4. Тепловое расширение твердых тел
- •13.5. Зависимость механических напряжений от температуры
- •13.6. Повышение механических свойств материалов под действием температуры
- •14. Жидкое состояние вещества
- •14.3. Вязкость жидкостей
- •14.4. Поверхностное натяжение
- •14.5. Явления смачивания
- •14.6. Жидкие растворы
- •14.9. Осмотическое давление
- •15. Структура полимеров
- •15.1. Молекулярное строение полимеров
- •15.2. Классификация полимеров
- •15.3. Превращения в полимерах
- •15.4. Надмолекулярная структура полимеров
- •16. Механические свойства полимеров
- •16.1 Высокоэластическое состояние полимеров
- •16.2. Модель Максвелла для линейных полимеров
- •16.3. Модель Кельвина-Фогта для сетчатых полимеров
- •17. Термодинамика фазовых превращений
- •17.1. Фазовые превращения. Правило фаз
- •17.2. Термодинамические функции и параметры
- •Свойства термодинамических функций:
- •17.3. Связь между основными термодинамическими функциями и параметрами
- •17.4. Химический потенциал
- •18. Фазовые переходы I рода. Плавление и
- •18.1. Фазовые переходы I рода
- •18.2. Уравнение Клапейрона-Клаузиуса
- •18.3. Плавление и кристаллизация
- •18.4. Термический анализ
- •19. Фазовые превращения в твердом состоянии
- •19.1. Изоморфизм и полиморфизм вещества
- •19.2. Полиморфные превращения
- •19.3. Бездиффузионные и диффузионные превращения
- •19.4 Кинетика твердофазных превращений
- •19. 5 Упорядочение и разупорядочение в сплавах
- •19.6. Диаграмма состояния сплавов с учетом твердофазных превращений
- •19.7. Эвтектоидные превращения
- •19. 8. Рекристаллизация
- •20. Сплавы
- •20.1. Классификация сплавов
- •20.2. Зависимость свободной энергии Гиббса от температуры и
- •20.3. Система с неограниченной растворимостью компонентов в жидком и твердом состояниях
- •20.4. Построение диаграмм состояния методом термического
- •21. Диаграммы состояния бинарных систем
- •21.1. Система с ограниченной взаимной растворимостью
- •21.2. Анализ диаграммы состояния для сплавов с эвтектическим
- •21.3. Анализ диаграммы состояния для сплавов с перитектическим превращением.
- •21.4. Диаграммы состояния для сплавов, когда компоненты образуют химические соединения
- •22. Изучение диаграмм состояния
- •22.1. Построение и расшифровка диаграмм состояния тройных сплавов
- •22.2. Основные типы диаграмм состояния трехкомпонентных
- •II. Изотермические и политермические сечения тройных диаграмм.
- •23. Определение концентрации компонентов
- •Бинарные сплавы
- •Найти молярную массу бинарного раствора м при известных ,,м1 и м2.
- •24.2. Неорганическое стекло
- •24.3. Механические и тепловые свойства стекла
- •24.6. Оптические свойства стекла
- •24.5. Применение технических стекол.
- •25. Дисперсные системы
- •25.1. Введение
- •25.2. Свойства малых частиц
- •25.3. Коагуляция частиц
- •26. Электрические свойства материалов
- •26.1. Элементы зонной теории твердого тела
- •26.2. Электропроводность твердых тел
- •26.2. Поляризация диэлектрика
- •26.4. Сверхпроводники
- •26.5. Электрический ток в жидкостях
- •27. Магнитные свойства твердых тел
- •27.1. Магнитные моменты атомов
- •27.2. Намагничивание. Диа- и парамагнетики
- •27.3. Ферромагнетики
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
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 = 1,610-19 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 = 9109Нм2/Кл2; при этом электрону сообщается центростремительное ускорение ац
, (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 = 6,6210-34 Дж/с).
2. При переходе электрона с одной орбиты на другую излучается или поглощается порция энергии:
h v = En - Ek , (1.5)
где En, Ek - 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.