PEVNÉ LÁTKY

24. února 2013 VY_32_INOVACE_170304_Pevne_latky_DUM

Autorem materiálu a všech jeho částí, není-li uvedeno jinak, je Mgr. Miroslava Víchová.Obchodní akademie a Střední odborná škola logistická, Opava, příspěvková organizace.

Materiál byl vytvořen v rámci projektu OP VK 1.5 – EU peníze středním školám,registrační číslo CZ.1.07/1.5.00/34.0809.

1.Vlastnosti a struktura pevných látek

2. Roztažnost pevných látek

3. Otázky k přemýšlení

Pevné látky

• drží svůj tvar, ke změně tvaru je třeba působit silou

• mají svůj objem

• teplo se šíří pouze vedením, nemůže se šířit prouděním

• mohou být elektricky vodivé, vodivost způsobují elektrony nebo ionty

Potenciální energie částic je značně větší než kinetická energie. Částice se pohybují jen v blízkosti jednoho bodu a vzájemně se nemohou vyměňovat.

Pevné látky dělíme na krystalické a amorfní.

Vlastnosti a struktura pevných látek

dále

Obr.1

Krystalické látky

• mají pravidelné uspořádání částic (atomů, molekul, iontů), z kterých jsou složené

Monokrystaly

• mají pravidelně opakující se rozložení částic v prostoru

• mají pravidelný geometrický tvar až na krystalické poruchy

• např. NaCl, SiO2, diamant

Dvojčata

• srostlé monokrystaly oddělené rovinou

Vlastnosti a struktura pevných látek

dále

Polykrystaly

• skládají se z velkého počtu drobných krystalů – zrn

• zrna mohou mít rozměry 10μm – několik mm

• uvnitř zrna je uspořádání pravidelné, ale poloha zrn je náhodná

• optické vlastnosti polykrystalu jsou závislé na směru (anizotropní)

• např. u kovů

Podle počtu rovin souměrnosti, os souměrnosti a přítomnosti středu souměrnosti určujeme krystalové soustavy.

(Např. trojklonná, jednoklonná, kosočtverečná, šesterečná, krychlová,…)

Vlastnosti a struktura pevných látek

dále

Krystalové soustavy na Techmania.cz

Kvazikrystaly

• částice nejsou uspořádány periodicky jako u normálních krystalů, ale nejsou též rozmístěny náhodně

• uspořádání má prvky např. rotační symetrie

• byly objeveny v roce 1982

• např. Al-Mn, Al-Cu-Fe, Al-Ag

Kvazikrystal Al-Ag

Vlastnosti a struktura pevných látek

dále

Obr.4

Vlastnosti a struktura pevných látek

dále

Obr.3Obr.2

Amorfní látky• nemají pravidelnou strukturu částic, částice jsou uspořádány náhodně• pojmenování amorfní pochází z řečtiny a znamená beztvarý• jsou izotropní (mají ve všech směrech stejné vlastnosti)• mohou vznikat při rychlém ochlazení taveniny• při zahřívání postupně měknou až do teploty, kdy se rozpustí• nelze předně určit teplotu tání, ale určujeme oblast měknutí (teplotní

interval)• např. sklo, asfalt, vosk, z organických látek pryskyřice, kaučuk, bílkoviny, plasty, dřevo, bavlna

Vlastnosti a struktura pevných látek

Obr.5

další kapitolazpět na obsah

1. Délková teplotní roztažnost

2. Objemová teplotní roztažnost

3. Teplotní změny hustoty

4. Délková teplotní roztažnost.

Při změně teploty tělesa dochází ke změně rozměrů látky. Při vyšší teplotě se částice rozkmitají a dostávají se do vzájemné blízkosti. Působí na sebe odpudivými silami, potřebují více místa, a proto se roztahují.

Délková roztažnost se projevuje např. u tyče, drátu nebo trubice. U těchto těles převažuje délkový rozměr.

Roztažnost pevných látek

dále

Prodloužení délky tyče lze vypočítat pomocí vztahu:

Δl – prodloužení tyče

l1 – původní délka tyče

Δt – rozdíl teplot

α – teplotní součinitel délkové roztažnosti

• jednotka [K-1]• vyjadřuje prodloužení tyče dlouhé jeden metr při zahřátí o jeden teplotní

stupeň• platí pro malé změny teploty při stálém tlaku

Roztažnost pevných látek

dále

tll 1 )t1(ll 1

Hodnoty teplotní délkové roztažnosti:

αAl = 2,4.10-5 K-1

αFe = 1,2.10-5 K-1

αIr = 0,6.10-5 K-1

αsklo = 8.10-5 K-1

αporcelán = 4,0.10-6 K-1

αdřevo = 3,15.10-6 K-1

Praktické důsledky teplotní roztažnosti

• malý součinitel má slitina invar (36 %Ni, 64 %Fe), která se používá ke konstrukci měřidel a kyvadel

• rovněž malý teplotní koeficient má křemík nebo porcelán

Roztažnost pevných látek

dále

• problém s prodloužením potrubí se řeší pomocí tzv. dilatačních smyček, které zabrání popraskání nebo pokroucení potrubí

• dilatační spáry musí být i u kolejí, ty se prodlužují o 1/100000 své délky při zvýšení teploty o 1 °C

• teplotní roztažnost telefonních a elektrických drátů se řeší delším drátem mezi sloupy, než je skutečná vzdálenost sloupů

• u mostů se řeší teplotní roztažnost pomocí kluzných ložisek

• kvůli malé roztažnosti slitiny iridia a platiny byl z této slitiny vyroben mezinárodní prototyp metru

• s výhodou se využívá roztažnost u bimetalu (pásku ze dvou kovů), např. v žehličce, termostatu, u jističů, u blikajících světýlek, kde může sepnou nebo rozepnout kontakty

Roztažnost pevných látek

dále

Délková teplotní roztažnost

Roztažnost pevných látek

dále

Obr.6

Obr.7

Obr.8

2. Objemová roztažnost

• při výpočtu objemu (např. u kvádru) používáme 3 rozměry (a,b,c)

• pokud uvažujeme izotropní těleso, můžeme určit objemovou roztažnost jako trojnásobek délkové roztažnosti

V1 – původní objemβ – teplotní součinitel objemové roztažnosti (β = 3.α)

Roztažnost pevných látek

dále

)t1(VV 1

3. Teplotní změna hustoty

Při změně teploty tělesa dochází ke změně objemu tělesa, ale hmotnost zůstává stálá, a proto se mění i hustota. Změna hustoty se dá vyjádřit vztahem:

ρ1 – původní hustota

Roztažnost pevných látek

)t1(1

další kapitolazpět na obsah

Otázka 1.

Čím se liší varné sklo od skla obyčejného?

Otázky k přemýšlení

dále

odpověď

Obr.9

Varné sklo by mělo mít co nejmenší součinitel teplotní roztažnosti. Nejlépe se k tomuto účelu hodí křemenné sklo. Obyčejné sklo má teplotní koeficient o řád vyšší, a proto v důsledku nerovnoměrného prohřívání dochází k pnutí a prasknutí nádoby. Varné sklo se vyrábí tenkostěnné a dochází u něj k rovnoměrnějšímu rozpínání a nepraská.

Otázka 2.

Co mají společného železo a beton nebo zub a amalgam?

Otázky k přemýšlení

dále

odpověď

Obr.10

Dvojice mají stejný součinitel teplotní roztažnosti, a proto se mohou kombinovat.

Otázka 3.

Uzávěry (kovové) šroubovacích zavařovacích lahví lze snadněji odšroubovat pokud je zahřejeme proudem vody. Vysvětlete.

Otázky k přemýšlení

koneczpět na obsah

odpověď

Obr.11

Kov má větší teplotní součinitel roztažnost než sklo. Po zahřátí se kov trochu roztáhne, což umožní snadnější otevření láhve. Při zahřátí lahve se uvnitř zvýší tlak a tím se sníží přítlačná síla na víčko.

POUŽITÁ LITERATURA

ŠTOLL, Ivan. Fyzika pro netechnické obory SOŠ a SOU. Praha: Prometheus, 2003. ISBN 80-7196-223-6

CITACE ZDROJŮ

Obr.1 CDANG. File:Crystalline polycrystalline amorphous2.svg: Wikimedia Commons [online]. 14 December 2011 [cit. 2013-02-24]. Dostupné pod licencí Creative Commons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/05/Crystalline_polycrystalline_amorphous2.svg

Obr.2 DIDIER DESCOUENS. Soubor:Quartz oisan.jpg: Wikimedia Commons [online]. 9 December 2012 [cit. 2013-02-24]. Dostupné pod licencí Creative Commons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/4a/Quartz_oisan.jpg

Obr.3 W?ODI. File:Rock salt crystal.jpg: Wikimedia Commos [online]. 24 September 2004, [cit. 2013-02-24]. Dostupné pod licencí Creative Commons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/d0/Rock_salt_crystal.jpg

Obr.4 J.W. EVANS. Soubor:Quasicrystal1.jpg: Wikimedia Commons [online]. 22 April 2010 [cit. 2013-02-24]. Dostupné pod licencí Creative Commons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/5d/Quasicrystal1.jpg

Obr.5 SASCHA PÖSCHL. Http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Asphaltbelag.jpg: Wikimedia Commons [online]. 09 November 2007 [cit. 2013-02-24]. Dostupné pod licencí Creative Commons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/40/Asphaltbelag.jpg

Obr.6 19 JUNE 2010. File:Praha, Jinonice, trať Pražského semmeringu, dilatační spára.JPG: Wikimedia Commons [online]. 19 June 2010 [cit. 2013-02-24]. Dostupné pod licencí Creative Commons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/51/Praha%2C_Jinonice%2C_tra%C5%A5_Pra%C5%BEsk%C3%A9ho_semmeringu%2C_dilata%C4%8Dn%C3%AD_sp%C3%A1ra.JPG

CITACE ZDROJŮ

Obr.7 FRANK VINCENTZ. File:Gelsenkirchen - An den Schleusen - Wilde Insel 04 ies.jpg: Wikimedia Commons [online]. 20. April 2012 [cit. 2013-02-24]. Dostupné pod licencí Creative Commons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/a4/Gelsenkirchen_-_An_den_Schleusen_-_Wilde_Insel_04_ies.jpg

Obr.8 EL. File:Auheimbrücke 10.4.2011 037.JPG: Wikimedia Commons [online]. 10 April 2011 [cit. 2013-02-24]. Dostupné pod licencí Creative Commons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/3f/Auheimbr%C3%BCcke_10.4.2011_037.JPG

Obr.9 SASHATAYLOR. File:Broken glass screen.JPG: Wikimedia Commons [online]. 1 September 2012 [cit. 2013-02-24]. Dostupné pod licencí Creative Commons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/eb/Broken_glass_screen.JPG

Obr.10 DOZENIST. File:MandibularLeftFirstMolar08-15-06.jpg: Wikimedia Commons [online]. 16 October 2006 [cit. 2013-02-24]. Dostupné pod licencí Creative Commons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/35/MandibularLeftFirstMolar08-15-06.jpg?uselang=cs

Obr.11 KVDP. Soubor:MasonJar Jam.JPG: Wikimedia Commons [online]. 19 July 2008 [cit. 2013-02-24]. Dostupné pod licencí Creative Commons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/2c/MasonJar_Jam.JPG

Pro vytvoření DUM byl použit Microsoft PowerPoint 2010.

Děkuji za pozornost.

Miroslava Víchová