Transcript VY_32_INOVACE_170304_Pevne_latky_DUM

24. února 2013
VY_32_INOVACE_170304_Pevne_latky_DUM
PEVNÉ LÁTKY
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
Vlastnosti a struktura pevných látek
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.
Obr.1
dále
Vlastnosti a struktura pevných látek
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
dále
Vlastnosti a struktura pevných látek
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,…)
Krystalové soustavy na Techmania.cz
dále
Vlastnosti a struktura pevných látek
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
Obr.4
• např. Al-Mn, Al-Cu-Fe, Al-Ag
Kvazikrystal Al-Ag
dále
Vlastnosti a struktura pevných látek
Obr.2
Obr.3
dále
Vlastnosti a struktura pevných látek
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)
Obr.5
• např. sklo, asfalt, vosk, z organických látek
pryskyřice, kaučuk, bílkoviny, plasty, dřevo,
bavlna
zpět na obsah
další kapitola
Roztažnost pevných látek
1. Délková teplotní roztažnost
2. Objemová teplotní roztažnost
3. Teplotní změny hustoty
1. 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.
dále
Roztažnost pevných látek
Prodloužení délky tyče lze vypočítat pomocí vztahu:
l    l1  t
l  l1 ( 1    t )
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
dále
Roztažnost pevných látek
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
dále
Roztažnost pevných látek
• 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
Délková teplotní roztažnost
dále
Roztažnost pevných látek
Obr.6
Obr.8
Obr.7
dále
Roztažnost pevných látek
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
V  V1  ( 1    t )
V1 – původní objem
β – teplotní součinitel objemové roztažnosti (β = 3.α)
dále
Roztažnost pevných látek
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:
   1  ( 1    t )
ρ1 – původní hustota
zpět na obsah
další kapitola
Otázky k přemýšlení
Otázka 1.
Čím se liší varné sklo od skla obyčejného?
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
odpověď
prohřívání dochází k pnutí a prasknutí
nádoby. Varné sklo se vyrábí tenkostěnné
a dochází u něj k rovnoměrnějšímu
rozpínání a nepraská.
dále
Otázky k přemýšlení
Otázka 2.
Co mají společného železo a beton nebo zub a amalgam?
Obr.10
Dvojice mají stejný součinitel
teplotní roztažnosti, a proto se
odpověď
mohou kombinovat.
dále
Otázky k přemýšlení
Otázka 3.
Uzávěry (kovové) šroubovacích zavařovacích lahví lze snadněji
odšroubovat pokud je zahřejeme proudem vody. Vysvětlete.
Obr.11
Kov má větší teplotní součinitel
roztažnost než sklo. Po zahřátí se
kov trochu roztáhne, což umožní
snadnější odpověď
otevření láhve. Při
zahřátí lahve se uvnitř zvýší tlak a
tím se sníží přítlačná síla na
víčko.
zpět na obsah
konec
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/MandibularLeftFirstMolar08-1506.jpg?uselang=cs
Obr.11 KVDP. Soubor:MasonJar Jam.JPG: Wikimedia Commons [online]. 19 July 2008 [cit. 201302-24]. 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