Fyzika pevných látek je jedním z pilířů, na kterých spočívá moderní technologická společnost. V podstatě celá armáda inženýrů pracuje na co nejlepším využití pevných materiálů při navrhování a výrobě široké škály nástrojů, obráběcích strojů, mechanických a elektronických součástek potřebných v oborech, jako jsou komunikace, doprava, výpočetní technika a základní výzkum.

VLASTNOSTI PEVNÝCH LÁTEK

Mezi fyzikální vlastnosti pevných látek patří mechanické, tepelné, elektrické, magnetické a optické vlastnosti. Jsou studovány pozorováním toho, jak se vzorek chová při změnách teploty, tlaku nebo objemu, v podmínkách mechanického namáhání, elektrických a magnetických polí, teplotních gradientů a také pod vlivem různých záření - světla, rentgenových paprsků, svazků elektronů. , neutrony atd.

Struktura.

Pevné těleso se skládá z atomů. Jeho samotná existence ukazuje na přítomnost intenzivních přitažlivých sil, které spojují atomy dohromady, a odpudivých sil, bez nichž by mezi atomy nebyly žádné mezery. V důsledku takových interakcí atomy pevného tělesa částečně ztrácejí své individuální vlastnosti, a to vysvětluje nové, kolektivní vlastnosti soustavy atomů, které se říká pevné těleso.

Jaká je povaha těchto sil? Volný atom se skládá z kladně nabitého jádra a určitého počtu záporně nabitých elektronů (jejichž hmotnost je výrazně menší než hmotnost jádra). Známé coulombovské (elektrické) síly působící mezi nabitými částicemi vytvářejí přitažlivost mezi jádrem a elektrony a také vzájemné odpuzování mezi elektrony. Proto lze pevnou látku považovat za složenou ze systému vzájemně se odpuzujících jader a systému vzájemně se odpuzujících elektronů, přičemž oba tyto systémy jsou k sobě přitahovány. Fyzikální vlastnosti takového objektu určují dvě základní fyzikální teorie – kvantová mechanika a statistická mechanika. Přestože je povaha interakcí mezi částicemi známa, jejich neobvykle velký počet (~ 10 22 jader a ještě více elektronů na 1 cm 3) neumožňuje podat přesný teoretický popis pevného tělesa. ELEKTŘINA A MAGNETISMUS; KVANTOVÁ MECHANIKA; STATISTICKÁ MECHANIKA.

Použití modelů.

Ve fyzice pevných látek je běžné brát zjednodušené modely pevných látek a poté provádět výpočty jejich fyzikálních vlastností. Modely musí být dostatečně jednoduché, aby byl možný jejich teoretický popis, a zároveň dostatečně složité, aby měly studované vlastnosti. Například pro vysvětlení některých obecných vzorců elektrické vodivosti je docela vhodný jednoduchý model kovu ve formě systému kladných iontů ponořených do plynu pohyblivých elektronů. Ukázalo se ale, že je nesmírně obtížné sestrojit vhodný fyzikální model, který by alespoň kvalitativně vysvětlil fenomén supravodivosti, objevený v roce 1911 nizozemským fyzikem Kamerlinghem Onnesem.

Supravodivost.

Je známo, že při nízkých teplotách má mnoho kovů a slitin neobvykle zvýšenou schopnost vést elektrický proud. (Elektrický proud je uspořádaný pohyb elektronů.)

V roce 1956 americký fyzik L. Cooper dospěl k závěru, že za určitých podmínek mohou vodivostní elektrony v kovu tvořit slabě vázané páry. Právě tyto Cooperovy páry jsou základem slavné Bardeen–Cooper–Schriefferovy (BCS) teorie supravodivosti, postavené v roce 1957; v roce 1972 byli tito tři američtí fyzici oceněni Nobelova cena.

V supravodivém stavu látka neodolává elektrickému proudu. Supravodivé látky proto mají velký zájem energetiků, kteří na ně spoléhají například při přenosu elektřina na velké vzdálenosti bez tepelných a jiných ztrát. Nicméně nad určitou (tzv kritický) teplota, supravodivost zmizí a kov znovu získá elektrický odpor. Za určitých podmínek je supravodivost také zničena magnetickým polem. Elektrický proud procházející supravodičem vytváří na povrchu vlastní magnetické pole, a proto existuje horní hranice hustoty supravodivého proudu, nad kterou se supravodivost také rozpadá. To vše, a především nízké kritické teploty, omezuje možnosti použití supravodičů ve velkém měřítku. Supravodiče musí být kontinuálně chlazeny kapalným vodíkem, nebo ještě lépe tekutým heliem. Supravodivá vinutí (například ze slitin titanu s niobem) však již našla široké uplatnění v elektromagnetech. Pokračuje hledání nových materiálů (včetně organických krystalů a polymerů) s vyššími kritickými teplotami a také možnosti dalšího uplatnění supravodičů. Odborníci doufají, že supravodičů v průmyslových elektromotorech a generátorech se začne ve velkém využívat v příštích letech. Zvláště vzrušující vyhlídky má použití supravodičů v železniční dopravě. Když se magnet pohybuje vzhledem k vodiči, ve vodiči se indukují vířivé proudy, které zase generují magnetická pole, která pohybující se magnet odpuzují. Vybavením např. vlaku supravodivým magnetem a použitím kolejnice jako vodiče lze dosáhnout efektu magnetického zavěšení (levitace). Předpokládá se, že takové vlaky maglev mají řadu výhod oproti konvenčním a vznášedlovým vlakům.

Josephsonův efekt.

Další směr vývoje v oblasti supravodivosti byl zahájen prací anglického fyzika B. Josephsona, který v roce 1962 předpověděl možnost úžasných efektů spojených s průchodem (kvantově mechanické tunelování) Cooperových elektronových párů z jednoho supravodiče do druhého přes tenká vrstva izolačního materiálu. Experimenty brzy potvrdily jeho předpovědi. Jednou ze zajímavých vlastností takového přechodu (nazývaného Josephsonův přechod) je, že proud Cooperových párů přes něj je možný i při absenci potenciálního rozdílu mezi supravodiči. (Podle klasických koncepcí se elektrický proud vyskytuje pouze mezi body s různými potenciály.) Ještě nápadnějším efektem však je, že konstantní rozdíl potenciálů aplikovaný na Josephsonův přechod způsobí, že přechodem protéká střídavý proud. Frekvence tohoto proudu je dána jednoduchým vzorcem n= 2eV/h, kde 2 E- náboj Cooperova elektronového páru, PROTI je použité napětí a h– základní konstanta zvaná Planckova konstanta.

Není divu, že po Josephsonových teoretických předpovědích následovala vlna výzkumu ve fyzice a technologii. Zařízení založená na Josephsonově jevu našla uplatnění jako ultracitlivé detektory v různých oblastech od radioastronomie po biomedicínské aplikace. V roce 1973 byla Josephsonovi udělena Nobelova cena za přínos k fyzice pevných látek.

Tranzistory.

Asi největší dopad na vývoj moderní fyzika pevné skupenství ovlivnily objevy amerických fyziků učiněné v roce 1949: tranzistory s bodovými (J. Bardeen, W. Brattain) a planárními (W. Shockley) přechody. Tyto objevy byly učiněny při studiu elektrických vlastností speciální třídy pevných látek nazývaných polovodiče.

Tranzistor byl prvním polovodičovým zařízením schopným vykonávat funkce vakuové triody (skládající se z anody, katody a mřížky), jako je zesílení a modulace. Tranzistor měl oproti elektronce nepochybné výhody, protože nevyžadoval vláknový proud z katody, měl výrazně menší rozměry a hmotnost a delší životnost. Tranzistory proto brzy nahradily elektronky a způsobily revoluci v elektronickém průmyslu. Druhá etapa této revoluce odpovídala přechodu od jednotlivých tranzistorů k integrovaným obvodům. Takový mikroobvod obsahuje mnoho tisíc součástek obvodu na povrchu křemíkového monokrystalu (čipu) o ploše 1 mm2. Elektrotechnika na mikroskopické a atomové úrovni se obvykle nazývá mikroelektronika. Za základní výzkum v oblasti polovodičů a objev tranzistorového efektu v látkách jako germanium a křemík získali Shockley, Bardeen a Brattain v roce 1956 Nobelovu cenu. INTEGROVANÝ OBVOD; TEPELNÁ EMISE ELEKTRONŮ.

Široká škála vlastností pevných látek, šíře jejich technického uplatnění a také téměř nevyčerpatelné možnosti tvorby nových pevných chemických sloučenin staví fyziku pevných látek na jedno z prvních míst v oborech jako je fyzika, chemie, metalurgie, různé oblasti inženýrská praxe a biologické a lékařské vědy. Fyzika pevných látek je největší z odvětví fyziky; zaměstnává přibližně čtvrtinu všech vědců pracujících ve fyzice a je mu věnován odpovídající podíl vědeckých publikací. Zvláště cenná je interdisciplinární povaha fyziky pevných látek a plodný vliv její teorie, experimentů a praktických aplikací na čistou vědu i techniku.

Symetrie a klasifikace krystalů.

Krystalografie (v poněkud omezeném smyslu slova) je věda, která popisuje geometrické vlastnosti krystalů a jejich klasifikaci na základě konceptu symetrie. Studium krystalové struktury je jádrem fyziky pevných látek. Převážná část krystalografických dat byla nashromážděna koncem 19. století.

Vzorky přírodních minerálů, jako je beryl, diamant nebo kamenná sůl, mají ploché plochy a rovné hrany, které definují jejich typické vzhled(Obr. 1). Takové látky se obvykle nazývají krystaly, i když ještě před koncem středověku se tento termín používal výhradně pro křemen. První mineralogové se zajímali především o tvar krystalů, tzn. jejich morfologie. N. Stenon, dánský lékař na dvoře velkovévody z Toskánska a badatel v oboru geologie, objevil v roce 1669 zákon stálosti úhlů mezi tvářemi. Podle Stenonova zákona jsou úhly mezi odpovídajícími krystalovými plochami dané látky stejné pro všechny její krystaly. Platnost tohoto zákona byla opakovaně potvrzena, zejména po četných měřeních provedených R. de Lisle v roce 1772. Dlouho předtím vědci jako Kepler, Descartes, Huygens a Hooke navrhli, aby vnější tvary krystalů odrážely správné (pravidelné ) vnitřní uspořádání kulovitých nebo elipsoidních částic. V roce 1782 R. Ayui tyto myšlenky zobecnil. Věřil, že trojrozměrný krystal ve tvaru rovnoběžnostěnu se skládá z identických „cihel“. Na základě této myšlenky zavedl H. Weiss v roce 1808 systém krystalografických os definovaných třemi vektory a, b, c, které odpovídají třem stranám Ayui „cihly“, tzn. jednotková buňka. Nekonečná množina bodů (uzlů), jejichž poloha je určena vektorem R = n 1 A + n 2 b + n 3 C, Kde n 1 , n 2 a n 3 jsou celá čísla, nazývaná prostorová mřížka. Taková mřížka není krystal, ale čistě matematický objekt. Lze jej však použít pro stavbu krystalu, pokud je v každém z jeho uzlů umístěn opakující se prvek skládající se z jednoho nebo více atomů (obr. 2). Naopak můžete sestrojit prostorovou mřížku odpovídající krystalu, pokud vyberete libovolný bod (uzel) P 1 a poté najděte všechny ostatní body P 2 , P 3,..., mající tu vlastnost, že prostředí těchto bodů vypadá ve všech ohledech přesně tak, jak vypadá z bodu P 1. Mnoho bodů P 1 , P 2 , P 3,... v tomto případě tvoří prostorovou mřížku krystalu.

Klasifikace mřížek a krystalů na základě konceptu symetrie vyžaduje striktní definice. Operace symetrie je operace, která, když je provedena na pevném tělese, ponechává toto těleso nezměněné a pak se toto těleso nazývá invariantní vzhledem k této operaci. (Například koule je invariantní vzhledem k rotaci kolem libovolné osy, pohybu z jednoho místa na druhé, odrazu v zrcadle atd.) Pokud dvourozměrná mřížka na Obr. 2 podléhající posunutí určenému vektorem A, pak opět získáme původní mřížku; totéž platí samozřejmě i ve vztahu k posunutí určenému vektorem b. Obecně řečeno, mřížka s jednotkovou buňkou definovanou třemi vektory a, b, c, je invariantní vzhledem ke všem translačním (převodním) operacím definovaným rovností T= n 1 A+ n 2 b= n 3 C, Kde n 1 , n 2 , n 3 – celá čísla. Množina všech takových operací se nazývá translační grupa daného svazu.

Pro prostorovou mřížku existují další operace symetrie, a to ty, ve kterých daný bod zůstává pevný (nepohyblivý). Takové operace se nazývají bodové operace a zahrnují rotace kolem os procházejících daným bodem a také zrcadlové odrazy v rovinách procházejících daným bodem. V případě dvourozměrné mřížky znázorněné na Obr. 2 si lze představit například osu procházející některým bodem mřížky kolmým k rovině výkresu. Otočením o 180° kolem této osy se mřížka nezmění. Je zvykem říkat, že taková osa má symetrii 2. řádu. Obecně má tělo osu symetrie n-tého řádu, pokud se těleso otočí o úhel (360° / n) ponechává tělo beze změny. Například každá prostorová úhlopříčka krychle je pro ni osou symetrie 3. řádu a osa vedená středem krychle kolmá k libovolné dvojici jejích ploch je osou symetrie 4. řádu. Kompletní sada operací symetrie, možná za podmínky, že daný bod je pevný a těleso zůstává nezměněno, se nazývá skupina bodů tohoto tělesa. Pro prostorovou mřížku nebo krystal je bodová symetrie omezena požadavkem, aby byla splněna i symetrie translační. To snižuje počet možných os otáčení na čtyři, které mají 2-, 3-, 4- a 6-řádovou symetrii. Obrázek 3 vysvětluje, proč například mříž nemůže mít osu symetrie 5. řádu: rovinu nelze pokrýt pětiúhelníky.

Existuje pouze sedm různých skupin bodů pro prostorové mřížky; definují sedm krystalových systémů nebo systémů. Každý systém lze charakterizovat typem základní buňky, tzn. rohy A, b, G mezi osami a, b, c a poměr délek těchto os. Klasifikace odpovídajících typů jednotkových buněk a názvy odpovídajících krystalových systémů jsou uvedeny níže; označení hran a rohů buněk odpovídá Obr. 4.

Úplná grupa symetrie neboli prostorová grupa krystalu je množina všech operací symetrie (bodové operace, translace i jejich různé kombinace), vůči nimž je mřížka invariantní. Existuje 14 různých prostorových skupin, které může mít mřížka; odpovídají 14 různým prostorovým mřížkám (obr. 5). Tyto mřížky byly poprvé popsány Bravaisem v roce 1848 na základě pečlivé geometrické analýzy a nesou jeho jméno. (Každá Bravaisova mřížka patří do jednoho ze sedmi krystalových systémů.)

Přejdeme-li od formálního teoretického popisu symetrie mřížky k popisu skutečného krystalu, je také nutné vzít v úvahu symetrii atomů nebo atomových skupin umístěných na každém místě mřížky. Pak se ukazuje, že pro krystaly existuje celkem 230 různých prostorových skupin (stále se 14 různými typy Bravaisových mřížek). Tyto skupiny byly získány a popsány na základě teorie skupin E.S. Fedorovem a S. Shenfliesem v roce 1891.

Teorie krystalové symetrie zaznamenala zajímavý vývoj ve vztahu k magnetickým krystalům. V magneticky uspořádaném stavu je periodicita určena nejen polohou atomů, ale také směrem jejich magnetických momentů. Počet magnetických prostorových grup by proto měl být mnohem větší než 230. Celkový počet magnetických prostorových symetrických grup je 1651. Pro popis symetrie makroskopických vlastností krystalu se rozlišují určité množiny transformací symetrie, které tvoří tzv. nazývaná „třída magnetických krystalů“ krystalu. Celkem je takových tříd 122.

Krystalová struktura a difrakce.

Experimentální studium uspořádání atomů v krystalech bylo možné až po objevu rentgenového záření Roentgenem v roce 1895. Aby otestoval, zda je toto záření skutečně typem elektromagnetického záření, poradil Laue v roce 1912 Friedrichovi a Knippingovi, aby prošli rentgenovým paprskem přes krystal a viděli, zda se neobjevil difrakční obrazec. Zkušenost přinesla pozitivní výsledek.

Na základě fenoménu rentgenové difrakce vytvořili otec a syn Braggovi mimořádně cennou experimentální metodu pro rentgenovou difrakční analýzu krystalů. Jejich práce znamená začátek moderní fyziky pevných látek. Odpovídající vysoce sofistikovaná automatizovaná zařízení se nyní stala běžnou součástí fyzikálních laboratoří pevných látek. Díky takovým rentgenovým přístrojům a počítačům se určování uspořádání atomů i ve složitém krystalu stalo téměř rutinou. V roce 1914 získal Laue za své úspěchy Nobelovu cenu; Braggy otec a syn sdíleli stejné ocenění o rok později.

Síla rentgenové difrakční analýzy je založena na její vysoké selektivitě. Pokud například monochromatický rentgenový paprsek dopadá v náhodném směru na monokrystal, lze pozorovat vznikající (ale ne difraktovaný) paprsek ve stejném směru. Difraktované paprsky vznikají pouze v několika přesně definovaných (diskrétních) úhlech dopadu vzhledem ke krystalografickým osám. Tato podmínka je základem metody rotace krystalu, při které se monokrystal nechá otáčet kolem určité osy a ty směry, pro které je pozorována difrakce, jsou přesně určeny. Jiné experimenty mohou používat práškové krystalické vzorky a monochromatický paprsek; – tato metoda se nazývá Debye-Scherrer. V tomto případě existuje spojité spektrum orientací jednotlivých krystalitů, ale dostatečně intenzivní difraktované paprsky produkují pouze krystality s určitou orientací. Prášková metoda nevyžaduje růst velkých monokrystalů, což je její výhoda oproti metodě Laue a krystalové rotace. Laueova metoda využívá monokrystal a rentgenový paprsek se spojitým spektrem, takže krystal sám volí vhodné vlnové délky pro tvorbu difrakčních obrazců (obr. 7).

Jaké informace o struktuře krystalu může rentgenová difrakční analýza poskytnout? Rentgenové záření– jedná se o elektromagnetické vlnění, jehož elektrická pole interagují s nabitými částicemi, konkrétně elektrony a atomy pevného tělesa. Protože hmotnost elektronů je mnohem menší než hmotnost jádra, rentgenové záření je efektivně rozptylováno pouze elektrony. Rentgenový difrakční obrazec tedy poskytuje informaci o rozložení elektronů. Při znalosti směrů, kterými se záření difraktovalo, je možné určit typ symetrie krystalu nebo třídy krystalů (kubický, tetragonální atd.), jakož i délky stran základní buňky. Na základě relativní intenzity difrakčních maxim lze určit polohu atomů v základní buňce. Difrakční obrazec je v podstatě matematicky transformovaným obrazem rozložení elektronů v krystalu - jeho tzv. Fourierův obraz. V důsledku toho také nese informace o struktuře chemických vazeb mezi atomy. Rentgenová difrakce může například zjistit, zda se kuchyňská sůl (NaCl) skutečně skládá z kladných a záporných iontů, a také kde se elektrony nacházejí v látce, jako je germanium. Konečně distribuce intenzity v jednom difrakčním maximu poskytuje informace o velikosti krystalitů, stejně jako o nedokonalostech mřížky (defektech), mechanickém namáhání a dalších vlastnostech krystalové struktury.

Přestože je rentgenová difrakce nejstarší metodou pro studium pevných látek na atomární úrovni, stále se vyvíjí a zdokonaluje. Jedním z takových vylepšení je použití urychlovačů elektronů jako výkonných zdrojů rentgenového záření – synchrotronového záření. Synchrotron je urychlovač běžně používaný v jaderné fyzice k urychlení elektronů na velmi vysoké energie. Tvoří elektrony elektromagnetická radiace v rozsahu od ultrafialového až po rentgenové záření. V kombinaci s nově vyvinutými detektory pevných částic se očekává, že tyto nové zdroje poskytnou mnoho nových podrobných informací o pevných látkách.

Neutrony byly objeveny v roce 1932. O čtyři roky později byla jejich vlnová povaha potvrzena difrakčními experimenty. Použití neutronů jako prostředku ke studiu pevných látek bylo možné po vytvoření jaderných reaktorů, ve kterých se kolem roku 1950 vytvářely hustoty toku neutronů řádově 10 12 neutronů/cm 2 H s. Moderní reaktory poskytují toky, které jsou tisíckrát intenzivnější.

Neutrony, které jsou neutrálními částicemi, interagují pouze s pevnými jádry (alespoň v nemagnetických materiálech). Tato vlastnost je významná z několika důvodů. Vzhledem k tomu, že jádra jsou extrémně malá ve srovnání s velikostí atomu a interakce mezi jádry a dopadajícími neutrony je na krátkou vzdálenost, má neutronový paprsek vysokou penetrační schopnost a lze jej použít ke studiu krystalů o tloušťce až několik centimetrů. Neutrony jsou navíc intenzivně rozptylovány jádry těžkých i lehkých prvků. Naproti tomu rentgenové záření je rozptylováno elektrony, a proto pro něj rozptylová síla atomů roste s počtem elektronů, tzn. atomové číslo prvku. V důsledku toho lze polohu atomů lehkých prvků v krystalu určit mnohem přesněji neutronem než difrakcí rentgenového záření. To platí zejména pro jádra atomů vodíku nebo, ekvivalentně k vodíkovým iontům, protonů. Protony lze detekovat neutronovou difrakcí, ale ne rentgenovou difrakcí, protože neobsahují elektrony. Tato vlastnost neutronů nabývá zvláštní důležitosti při studiu látek, které mají vodíkové vazby. Podobné vazby vznikají nejen v anorganických látkách, ale zejména také v biologické materiály(například molekuly DNA).

Neutronové svazky hrají důležitou roli při studiu pevných látek, protože neutrony a atomová jádra mají srovnatelné hmotnosti. Proto při ostřelování pevného tělesa neutrony mohou neutrony vybudit (a pohltit) mřížkové vlny, tzn. elastické vlny šířící se v soustavě krystalových jader. (Zvuková vlna je také mřížková vlna.) Při takových nepružných srážkách neutron ztrácí (nebo získává) energii a hybnost. Změny těchto veličin lze měřit; poskytují mnoho podrobných informací o dynamických vlastnostech pevných látek. Experimenty s rozptylem neutronů jsou tedy velmi důležité pro studium vibrací atomů v pevných látkách. A konečně, neutronová difrakce hraje důležitou roli při studiu magnetických materiálů. Přestože neutrony nemají žádný elektrický náboj, mají magnetický dipólový moment, podobný střelce kompasu. Proto je neutron schopen „vidět“ magnetický atom v tom smyslu, že interaguje s celkovým magnetickým momentem všech elektronů v atomu. Paprsek neutronů nasměrovaný na magnetický krystal je rozptylován jádry a také „magnetickými“ elektrony. Tyto dva typy rozptylu poskytují informace o krystalické a magnetické struktuře. Takové experimenty umožnily objevit existenci magneticky uspořádaných struktur v pevných látkách – od obvyklé paralelní orientace magnetických momentů ve feromagnetiku (například v železe) až po složité šroubovité struktury v kovech vzácných zemin a jejich sloučeninách.

Chemické vazby a fyzikální vlastnosti.

Volný atom se skládá z kladně nabitého jádra a řady záporně nabitých elektronů, které se kolem něj pohybují na svých drahách. V souladu se zákony kvantové mechaniky jsou elektrony v atomu distribuovány mezi obaly, schematicky znázorněné na obr. 8 pro atom sodíku. Vzniknou dva elektrony nejblíže k jádru K-skořápka, dalších osm elektronů - L-slupka a jediný vnější elektron je M- skořápka. Elektronový mrak sahá od jádra do vzdáleností měřených v angstromech (1 Å = 10–10 m) a určuje také efektivní velikost atomu, který obecně řečeno nemá ostré hranice. Elektrony vnitřních obalů jsou silně vázány a dobře lokalizovány v Coulombově (elektrickém) poli jádra. Elektrony vnějšího obalu jsou vázány slaběji, protože Coulombovo pole jádra, které na ně působí, je částečně stíněno (zeslabeno) vnitřními elektrony. Když se volné atomy spojí a vytvoří pevnou látku (krystal), vnější (valenční) elektrony jsou mnohem náchylnější k vlivu sousedních atomů než vnitřní (elektrony jádra). Vlnové funkce (orbitaly) jaderných elektronů v pevné látce jsou téměř stejné jako u volného atomu. Orbitaly valenčních elektronů atomů pevného tělesa jsou přeskupeny tak, že jeho celková energie je menší než součet energií jednotlivých atomů, což zajišťuje potřebnou vazebnou energii pevného tělesa. Pevnou látku lze tedy považovat za sestávající z velkého počtu tvrdých iontových jader (jader s elektrony uvnitř obalu) a jediného systému valenčních elektronů.

Ztráta individuality atomy tvořícími pevné těleso se tedy redukuje pouze na kolektivizaci valenčních elektronů. V závislosti na tom, jak jsou valenční elektrony distribuovány mezi iontovými jádry a v prostorech mezi nimi, existují čtyři hlavní typy chemických vazeb: van der Waalsovy, iontové, kovové a kovalentní. Povaha vazby do značné míry určuje fyzikální vlastnosti pevné látky. Přestože každý z níže popsaných typů vazeb má své vlastní „typické zástupce“ mezi skutečnými látkami, většina pevných látek spadá do té či oné střední kategorie.

Van der Waalsovy krystaly.

Nejjednoduššími známými pevnými látkami jsou krystaly vzácných plynů neonu, argonu, kryptonu a xenonu. Elektronová struktura volných atomů těchto plynů má konfiguraci tzv. uzavřených obalů, která se vyznačuje mimořádnou stabilitou. Například neon má výplň NA-pouzdro ze dvou elektronů a naplněné L-slupka osmi elektronů; tato konfigurace odpovídá maximálnímu počtu elektronů v každém obalu povoleném pravidly kvantové mechaniky. Stabilita konfigurace elektronů v krystalech inertních plynů je označena vysoké hodnoty ionizační energie potřebná k odstranění jednoho z vnějších elektronů. Tato stabilita znamená, že atomy vzácných plynů nemají valenční elektrony v obvyklém smyslu tohoto slova. Dokonce i vnější elektrony lze považovat za elektrony jádra, silně vázané k jádru. Elektronová struktura atomů v pevné látce proto zůstává téměř stejná jako u volných atomů. Od celkové elektrický náboj atomů je nula a všechny elektrony jsou silně vázány k odpovídajícím jádrům, vyvstává otázka, jak se tyto atomy vůbec vážou do pevné látky? Faktem je, že mezi neutrálními atomy jsou slabé přitažlivé síly v důsledku interakce elektrických dipólů, které jsou indukovány sousedními atomy v důsledku synchronizace pohybu jejich elektronů. Tyto slabé a velmi citlivé na různé faktory se nazývají van der Waalsovy síly; Určují spojení mezi atomy a molekulami ve většině organických krystalů. Protože přitažlivost mezi atomy je slabá, krystaly vzácného plynu se vyznačují nízkou vazebnou energií (tj. energií potřebnou k odstranění atomu z pevné látky) a také nízkou teplotou tání. Níže jsou uvedeny číselné hodnoty těchto veličin pro inertní plyny v pevném stavu.

Omezený teplotní rozsah, ve kterém tyto pevné látky existují, je zbavuje praktického zájmu. Hrají však důležitou roli základní výzkum na teorii tvorby krystalů, dynamice atomů v pevné látce, pohyblivosti elektronů vstřikovaných do dielektrik atd. Protože atomy vzácných plynů mají téměř kulový tvar, jsou van der Waalsovy síly mezi nimi izotropní (tj. stejné ve všech směrech). Proto není divu, že atomy vzácných plynů krystalizují do struktury odpovídající nejhustšímu balení kuliček, totiž do plošně centrované krychlové struktury. Vzdálenost mezi sousedními atomy se zvětšuje s rostoucím počtem atomů, tzn. s nárůstem počtu elektronů v nich; pro prvky uvedené výše je to 3,13, 3,76, 4,01 a 4,35 Á.

Krystaly inertních plynů se ukazují jako dobrá dielektrika. To lze vysvětlit tím, že všechny elektrony v atomech jsou silně vázány na jejich jádra. Fyzikální vlastnosti takových pevných látek jsou do značné míry určeny vlastnostmi a elektronovou strukturou atomů, ze kterých jsou postaveny.

Iontové krystaly.

Ideální iontový krystal se skládá z kladně a záporně nabitých sférických iontů. Tato myšlenka nejvíce odpovídá, ne-li všem, pak alespoň některým alkalickým halogenidovým sloučeninám, tzn. soli tvořené jedním z alkalických kovů (lithium, sodík, draslík, rubidium, cesium) a jedním z halogenů (fluor, chlor, brom, jod). Existují důkazy, že krystaly těchto solí jsou skutečně tvořeny kladnými kovovými ionty a záporně nabitými halogenovými ionty. Nejpřímější z nich jsou data rentgenové difrakce, na základě kterých se počítá rozložení elektronického náboje ( cm. rýže. 9 pro případ NaCl).

Skutečnost, že takové pevné látky sestávají spíše z iontů než z atomů, lze vysvětlit následovně. Za prvé, všechny atomy alkalických kovů mají jeden vnější valenční elektron, zatímco vnější obal atomů halogenu obsahuje sedm valenčních elektronů. Při přechodu valenčního elektronu z atomu alkalického kovu na atom halogenu se vytvoří dva ionty, z nichž každý má stabilní elektronovou konfiguraci charakteristickou pro atomy vzácných plynů. Ještě důležitější je zisk energie díky Coulombově přitažlivosti mezi kladnými a zápornými ionty. Vezměme si jako příklad chlorid sodný (NaCl). Chcete-li odstranit vnější (valenční) elektron z atomu Na, musíte vynaložit 5,14 eV (ionizační energie). Když se tento elektron přidá k atomu Cl, dojde k energetickému zisku 3,61 eV (energie elektronové afinity). Energie potřebná pro přechod valenčního elektronu z Na na Cl je tedy (5,14 - 3,61) eV = 1,53 eV. Coulombova energie přitažlivosti mezi dvěma vznikajícími ionty Na + a Cl - se vzdáleností mezi nimi (v krystalu) rovnou 2,18 Á je 5,1 eV. Tato hodnota více než kompenzuje celkovou energii přechodu elektronů a vede ke snížení celkové energie iontového systému ve srovnání s podobným systémem volných atomů. To je hlavní důvod, proč se alkalické halogenidové sloučeniny skládají spíše z iontů než z atomů.

Výpočet energie iontových krystalů je ve skutečnosti složitější, než by se z výše uvedených diskusí mohlo zdát. Ale alespoň pro krystaly alkalických halogenidů existuje dobrá shoda mezi teoretickými a experimentálními hodnotami vazebné energie. Iontové vazby jsou poměrně silné, jak naznačují např. teplo bod tání rovna 1074 K pro NaCl.

Díky vysokému stupni stability elektronové struktury spadají iontové krystaly do kategorie dielektrik. Protože kladné a záporné ionty interagují s elektromagnetickými vlnami, iontové krystaly vykazují silnou optickou absorpci v infračervené oblasti spektra. (Frekvence oscilujícího vnějšího elektrického pole v této oblasti spektra je blízká vlastní frekvenci příčných mřížkových vln, ve kterých se kladné a záporné ionty krystalu pohybují v opačných směrech.) Ve viditelné oblasti spektra se oscilační frekvence jsou příliš vysoké na to, aby masivní ionty měly čas reagovat na vliv takových vln Proto světelné vlny procházejí krystalem bez interakce, tzn. takové krystaly jsou průhledné. Na ještě vyšších frekvencích – v ultrafialové oblasti spektra – mohou mít kvanta pole dostatečnou energii k excitaci valenčních elektronů, zajišťujících přechod valenčních elektronů negativních iontů do neobsazených stavů kladných iontů. To má za následek silnou optickou absorpci.

Kovalentní krystaly.

Nejznámějšími kovalentními krystaly jsou diamant, křemík a germanium. Každý atom v takových krystalech je obklopen čtyřmi sousedními atomy umístěnými ve vrcholech pravidelného čtyřstěnu. Volné atomy každého z těchto prvků mají čtyři valenční elektrony a to stačí k vytvoření čtyř párových elektronových vazeb (mezi tímto atomem a jeho čtyřmi nejbližšími sousedy). Dva elektrony jsou tedy kolektivizovány dvěma atomy tvořícími vazbu a jsou umístěny v prostoru podél linie spojující atomy. To je téměř stejná vazba jako mezi dvěma atomy vodíku v molekule vodíku H2. V diamantu jsou tyto vazby velmi pevné, a protože mají vůči sobě přísně definovaný směr, je diamant extrémně tvrdý materiál. Sílu kovalentní vazby mezi elektronem a krystalem charakterizuje tzv. energetická mezera – minimální energie, která musí být elektronu přenesena, aby se mohl volně pohybovat v krystalu a vytvářet elektrický proud. Pro diamant, křemík a germanium je šířka této mezery 5,4, 1,17 a 0,744 eV. Proto je diamant dobrým dielektrikem; energie tepelných vibrací v něm při pokojové teplotě je příliš nízká na to, aby uvolnila valenční elektrony. V křemíku a zejména v germaniu je díky relativně malé šířce energetické mezery možná tepelná excitace určitého počtu valenčních elektronů při pokojové teplotě. Vedou tedy proud, ale protože jejich vodivost je mnohem menší než u kovů, křemík a germanium jsou klasifikovány jako polovodiče.

Kovy.

Jak bylo uvedeno výše, valenční elektrony v kovalentních pevných látkách jsou kolektivizovány sousedními atomy a lokalizovány podél linií spojujících tyto atomy. U kovů dosahuje kolektivizace elektronů maxima – všechny valenční elektrony jsou kolektivizovány všemi iontovými jádry. Na ideální kov lze pohlížet jako na sestávající z periodicky uspořádaných iontových jader, která jsou ponořena do plynu vodivostních elektronů pohybujících se volně mezi iontovými jádry. Stabilita kovu a velikost jeho vazebné energie jsou určeny Coulombovými přitažlivými silami mezi kladnými iontovými jádry a záporně nabitým elektronovým plynem. Mobilní vodivostní elektrony jsou zodpovědné za vysokou elektrickou a tepelnou vodivost kovů.

Tento model kovu s volnými elektrony je nejvhodnější pro alkalické kovy a méně vhodný pro kovy ušlechtilé - měď, stříbro a zlato. U alkalických kovů zaujímají iontová jádra jen malý zlomek celkového objemu (asi 15 %), zatímco u stříbra a zlata se sousední iontová jádra téměř navzájem dotýkají.

Rozdíl mezi čtyřmi typy pevných látek ilustrují diagramy uvedené na Obr. 10. Atomy a iontová jádra s pevně vázanými elektrony v konfiguracích s uzavřenou slupkou jsou znázorněny jako prázdné kruhy. Prostorové rozložení valenčních elektronů je znázorněno pouze pro kovalentní krystaly a kovy.

Většina pevných látek je mezi čtyřmi „čistými“ typy vazeb. Například existuje kontinuum pevných látek mezi čistě iontovými a čistě kovalentními krystaly. Proto při aplikaci na takové nevodivé materiály hovoří o částečně iontové nebo částečně kovalentní povaze vazeb. J. Phillips navrhl zvláště úspěšný semiempirický přístup k popisu existujících vzorů v různých skupinách sloučenin na základě jejich dielektrických vlastností a šířky energetické mezery.

Je zajímavé porovnat stupně iontové vazby ve Phillipsově schématu pro sloučeniny složené z prvků různých (nebo stejných) skupin periodické tabulky: I a VII, II a VI, III a V, IV-IV, stejně jako jako u prvků skupiny IV. U některých spojení má tato charakteristika následující význam:

Zde vidíme postupný přechod od téměř zcela iontové sloučeniny NaCl k čistě kovalentnímu krystalu křemíku.

Krystaly s vodíkovými vazbami.

Klasifikace krystalů diskutovaná výše je založena na vazbách vytvořených elektrony. Jiný typ chemické vazby nastává prostřednictvím vodíkových iontů (protonů). Proton je zvláštní druh iont: nemá vůbec žádné elektrony, a proto má extrémně malou velikost. „Nahý“ proton je schopen k sobě vázat dva záporné ionty, zejména záporné ionty fluoru, kyslíku a dusíku. Například fluorovodík HF 2 -, který má lineární strukturu F - H + F -, vděčí za svou stabilitu přítomnosti protonu spojujícího dva záporné ionty fluoru. Vodíkové vazby hrají důležitou roli v molekulární biologii (především v genetice), protože se podílejí na držení dvou řetězců dvoušroubovicové struktury molekul DNA. Tyto souvislosti jsou významné i ve fyzice feroelektrik (například dihydrogenfosforečnan draselný KH 2 PO 4) a jsou z velké části zodpovědné za úžasné fyzikální vlastnosti vody a ledu.

ROSTOUCÍ KRYSTALY

Pro studium vlastností určitých krystalů je nutné připravit (vypěstovat) dobré vzorky – často ve formě monokrystalů nejvyššího možného stupně dokonalosti a chemické čistoty. Pro studium vlivu různých fyzikálních nebo chemických nedokonalostí na vlastnosti pevných látek je třeba takové nedokonalosti (defekty) zavést do pevné látky tak či onak kontrolovaným způsobem. V tomto případě je nutné jako výchozí materiály použít materiály s vysokou chemickou čistotou. Kromě konvenčních metod chemického čištění lze řadu kovů a polovodičů čistit zónovým tavením.

Krystaly lze pěstovat pomalým odpařováním rozpouštědla z roztoku, ochlazením taveniny nebo kondenzací páry. Krystaly se pěstují z taveniny metodou Bridgman nebo Czochralski. Při použití Czochralského metody se malý zárodečný krystal namontovaný na svislém drátu nebo tyči ponoří do taveniny a poté se z ní pomalu vyjme. Při správném řízení teploty a rychlosti tažení může ze zárodečného krystalu vyrůst velký monokrystal. Podle Bridgmanovy metody se tavenina umístí do vertikálně namontovaného kelímku se špičatým dnem. Při pomalém spouštění kelímku z horké zóny pece do chladnější se na jeho ostrém dně vytvoří krystalický zárodek, který při dalším spouštění kelímku může přerůst ve velký monokrystal.

Metoda molekulární epitaxe (MME) umožňuje sekvenčně pěstovat polovodičové čipy vrstvu po vrstvě na vhodném krystalickém substrátu. V každé vrstvě (jejíž tloušťka nesmí přesáhnout průměr jednoho atomu) se přesně opakuje krystalová struktura substrátu.

Zahříváním iontového krystalu v páře jeho kovové složky nebo nějakého jiného kovu do něj může být zaveden přebytek tohoto kovu. V mnoha případech takto dopované krystaly vykazují nové a zajímavé vlastnosti díky těmto kovovým složkám uloženým na atomové úrovni. Například, když je chlorid sodný zahříván v sodné páře, krystal se změní z průhledného na žlutohnědý; v tomto případě říkají, že se v krystalu objevila barevná centra. V některých případech se atomy kovu vložené do krystalu při jeho zahřívání v kovových parách mohou srážet do malých kovových krystalů vložených do původního iontového krystalu.

Elektronová mikroskopie s vysokým rozlišením.

V běžném optickém nebo světelném mikroskopu je hranice rozlišení určena relativně dlouhou vlnovou délkou viditelné světlo. To znamená, že prvky menší než přibližně 5000 Å v rozsahu nelze pozorovat. Elektronový mikroskop používá místo světla paprsek elektronů s vlnovou délkou asi 0,04 Å, která je podstatně menší než průměr atomu. První prakticky použitelný elektronový mikroskop vytvořil E. Ruska (Berlín, 1933). Od té doby se vědci snažili získat obrázek individuální atom a nakonec se elektronová mikroskopie stala spolehlivou a osvědčenou výzkumnou metodou. S jeho pomocí bylo možné získat mnoho informací z oblasti biologie (struktura bakterií, virů) a také údaje o struktuře krystalů. Technická vylepšení v elektronové mikroskopii umožnila dosáhnout rozlišení v řádu několika angstromů. To umožňuje získat přímo interpretovatelné obrazy rozložení atomů kovu v základní buňce pevné látky. Některé zajímavé studie byly provedeny například na Univerzitě sv. Arizona. Při zahřívání jednoho z oxidů niobu (chemický vzorec Nb 22 O 54) v atmosféře plynného vodíku vzniká látka s chemické složení Nb 12 O 29, který je zabudován do výchozího materiálu. To lze vidět na elektronovém mikroskopu s vysokým rozlišením. Počáteční oxid Nb 22 O 54 se vyznačuje pravidelným střídáním řad po 3ґ 3 a 3ґ 4 blokech, skládajících se z oktaedrů, v jejichž středu je atom niobu a ve vrcholech je šest atomů kyslíku. Na Obr. Obrázek 11 ukazuje, jak je porušen původní pořadí střídání v místech označených šipkami na obrázku, kde za sebou následují dvě stejné řady (z bloků 3-4). Tyto dvourozměrné defektní vrstvy (nazývané Wadsleyovy defekty) se rozprostírají napříč krystalem kolmo k rovině vzoru. Tento příklad ukazuje, že elektronová mikroskopie je výkonná výzkumná metoda ve fyzice pevných látek.

Přímé zobrazování povrchových atomů.

Pro výzkumníky, kteří se zajímají o objemové vlastnosti pevných látek, je povrch vzorku především na obtíž. Krystalový povrch však hraje důležitou roli v mnoha fyzikálních a chemických jevech, nezbytných například pro provoz různých polovodičových a mikroelektronických zařízení, ale i při chemické korozi a heterogenní katalýze.

Při studiu vlastností povrchu pevné látky mají prvořadý význam spolehlivé informace o uspořádání atomů ve vnější atomové vrstvě krystalu. Významného pokroku v této oblasti bylo dosaženo použitím technik ultravysokého vakua, nízkoenergetické elektronové difrakce a experimentů atomového nebo iontového rozptylu. Při studiích povrchů pevných těles byl použit polní iontový projektor vytvořený v roce 1955 E. Mullerem na univerzitě v St. Pensylvánie. Toto zařízení umožnilo např. získat přímý obraz jednotlivé atomové pozice.

Kovové brýle.

Zajímavým vývojem ve fyzice pevných látek byl objev nového typu materiálu zvaného kovová skla. V uspořádání atomů skelných látek (jako v kapalinách) je detekován určitý řád krátkého dosahu, ale řád s dlouhým dosahem charakteristický pro krystal chybí. Kovy obvykle rychle krystalizují při ochlazení z kapalného stavu. V současné době je možné provádět velmi rychlé ochlazování (rychlostí až 10 5 - 10 6 kelvinů za 1 s), čímž vzniká sklovitý kov s náhodným uspořádáním atomů. Taková kovová skla jsou zajímavá svými neobvyklými a někdy i unikátními fyzikálními vlastnostmi. Zejména jsou velmi tvrdé, odolné a tažné, tzn. Na rozdíl od silikátových skel nejsou křehká. Dobře vedou elektrický proud; jejich vodivost je srovnatelná s vodivostí slitin běžně používaných v elektrotechnice; Proto jsou kovová skla dobrým materiálem pro odpory, odporové teploměry, nízkoteplotní topné prvky a tak dále. Velká pozornost byla věnována magnetickým vlastnostem kovových skel. Ukázalo se, že feromagnetická skla lze zmagnetizovat a demagnetizovat velmi slabým vnějším magnetické pole. Díky této a své mechanické pevnosti jsou magnetická skla vhodná pro použití v transformátorech, magnetických zesilovačích a hlavách pro záznam zvuku.

Tato výzkumná metoda je založena na fotoelektrickém jevu - látka absorbuje rentgenové záření a emituje elektrony. Rentgenové záření je elektromagnetické vlnění vysoká frekvence. Podle kvantové teorie mohou být ve hmotě absorbovány pouze v přesně definovaných částech - tzv. kvantech, neboli fotonech. Při fotovoltaickém procesu se energie fotonu zcela přenese na elektron. Část této energie (tzv. pracovní funkce) se spotřebuje na vytržení elektronu z pevné látky a zbytek se přemění na kinetickou energii emitovaného elektronu. U metody XPS se zaznamenává rozložení kinetické energie emitovaných elektronů. Slouží k výpočtu spektra vazebných energií elektronů v pevné látce - jedné z důležité vlastnosti materiál.

Literatura:

Holden A. Co je FTT. Základy moderní fyziky pevných látek. M., 1971
Shaskolskaya M.P. Krystaly. M., 1978
Geguzin Ya.E. Živý krystal. M., 1981
Černov A.A. Fyzika krystalizace. M., 1983
Kaganov M.I., Lifshits E.M. Kvazičástice. Myšlenky a principy kvantové fyziky pevných látek. M., 1989

Často pevná tělesa jsou tělesa, která si zachovávají svůj tvar a objem. Z fyzikálního hlediska však může být obtížné rozlišit mezi pevným a kapalným skupenstvím látky pomocí těchto charakteristik.

Speciální třída látek, které vnější znaky Podobně jako pevné látky jsou také polymery.

Polymery (z řeckého polymery - skládající se z mnoha částí, z poly - mnoho a meros - podíl, část) - jsou to sloučeniny s vysokou molekulovou hmotností, jejichž molekuly se skládají z velkého množství pravidelně a nepravidelně se opakujících stejných nebo různých jednotek.

Přírodní polymery zahrnují přírodní kaučuk, celulózu, proteiny a přírodní pryskyřice. Příklady syntetických polymerů jsou polystyren, polyethylen a polyestery.

Opravdu pevné látky - to jsou krystaly, jeden z charakteristické vlastnosti který je správnost jejich vzhledu.

Člověk může jen žasnout nad dokonalostí tvaru sněhových vloček a obdivovat jejich krásu.

Pokud se nasycený roztok hyposiřičitanu, látky používané ve fotografii k fixaci snímků, nechá několik dní v otevřené lázni, vytvoří se na jejím dně velké krystaly, rovněž poměrně pravidelného tvaru.

Krystaly kuchyňské soli a cukru mají také správný tvar.

Přirozený tvar krystalů je mnohostěn s plochými plochami a úhly mezi nimi, které jsou pro každou látku konstantní.

Tvar krystalů různých látek není stejný. Ale krystaly stejné látky mohou být rozdílné barvy. Například krystaly křemene jsou bezbarvé, zlaté, růžové a světle lila. V závislosti na barvě dostávají různá jména. Křemenné krystaly se například mohou nazývat horský křišťál, kouřový horský křišťál nebo ametyst. Z pohledu klenotníka se mnoho krystalů stejné látky může zásadně lišit. Z pohledu fyzika mezi nimi nemusí být vůbec žádný rozdíl, protože drtivá většina vlastností různobarevných krystalů stejné látky je stejná.

Fyzikální vlastnosti krystalu nejsou určeny jeho barvou, ale jeho vnitřní strukturou. Velmi jasnou ilustrací tohoto tvrzení je rozdíl v mnoha vlastnostech diamantu a grafitu, které mají stejné chemické složení.

Monokrystaly se nazývají monokrystaly . Některé látky, jako je horský krystal, mohou tvořit velmi velké monokrystaly, někdy s velmi pravidelnými tvary.

Charakteristickým rysem mnoha monokrystalů je anizotropie – rozdíl ve fyzikálních vlastnostech v různých směrech.

Anizotropie krystalů úzce souvisí s jejich symetrií. Čím nižší je symetrie krystalu, tím výraznější je anizotropie.

Vezměme si dvě desky vybroušené z křemenného krystalu v různých rovinách. Na destičky kápneme vosk a necháme ztuhnout, poté se dotkneme vzniklých voskových skvrn horkou jehlou. Na základě tvaru roztaveného vosku můžeme usoudit, že deska vyřezaná z krystalu ve svislé rovině má různou tepelnou vodivost v různých směrech.

Pokud vyříznete z velkého kusu ledu dvě stejné tyče ve vzájemně kolmých směrech, položíte je na dvě podpěry a zatížíte, budou se tyče chovat jinak. Jeden blok se bude pomalu ohýbat, jak se zvyšuje zatížení. Druhý si zachová svůj tvar až do určité hodnoty zatížení a poté se zlomí.

Obdobným způsobem lze hovořit nejen o anizotropii tepelné vodivosti a pevnosti, ale i dalších tepelných, mechanických, ale i elektrických a optických vlastnostech monokrystalů.

Většina pevných látek má polykrystalická struktura , to znamená, že se skládá z mnoha náhodně uspořádaných krystalů a nemá anizotropii fyzikálních vlastností.

Doposud jsme uvažovali o pohybu těles v závislosti na čase, aniž bychom objasnili důvody způsobující tyto pohyby. Zákony dynamiky vytvářejí spojení mezi pohybem těles a důvody, které ten či onen pohyb způsobily nebo změnily.

Uvažujme translační pohyb hmotného bodu k tomu zavedeme dynamické charakteristiky, pomocí kterých takový pohyb popíšeme. Tyto vlastnosti zahrnují koncept síla, hmotnost, impuls. Začněme svou úvahu pohybem těles v referenčních soustavách, které se nazývají inerciální, a jehož definice bude uvedena později.

1. Pohyb jakéhokoli tělesa v inerciální vztažné soustavě je způsoben nebo měněn pouze interakcí s jinými tělesy. K popisu interakce mezi tělesy je zaveden pojem síly, který dává kvantitativní míru této interakce.

Fyzikální povaha interakce může být různá, existují gravitační, elektrické, magnetické a jiné interakce (viz tabulka 1). V mechanice není fyzikální podstata sil důležitá; Ale pro všechny typy interakcí musí být jejich kvantitativní míra zvolena stejným způsobem. Síly různé povahy musí být měřeny pomocí stejných norem a jednotek měření. Zákony mechaniky univerzální, tj. popisují pohyb těles pod vlivem síly jakékoli povahy. Pro interakce, které jsou uvažovány v mechanice, lze sílu definovat následovně.

Síla je vektorová veličina F, což je míra mechanického účinku jednoho tělesa na druhé.

K mechanické interakci může docházet jak mezi přímo se dotýkajícími tělesy (třecí síla, reakční síla podpory atd.), tak mezi vzdálenými tělesy.

Zvláštní forma hmoty, která na sebe váže částice hmoty jednotné systémy a přenos působení jedné částice na druhou konečnou rychlostí se nazývá fyzikální pole nebo jednoduše pole.

Interakce mezi vzdálenými tělesy se uskutečňují prostřednictvím gravitačních (gravitačních) nebo elektromagnetických polí.

Mechanické působení síly může způsobit zrychlení tělesa nebo jeho deformaci. Síla je výsledkem vzájemného působení dvou těles. Pro správná definice síly působící na tělo, můžete použít literaturu, která uvádí četné příklady.

Platnost F- vektor - zcela definován, pokud je dán jeho modul (velikost), směr v prostoru a bod aplikace. Přímka, podél které je směrován vektor F, volal linie působení síly.

Pokud mluvíme o síle působící ne na hmotný bod, ale na pevné těleso a způsobující jeho translační pohyb, pak se účinek na těleso nezmění, když se bod působení síly posune po linii jejího působení.

Současné působení více sil na hmotný bod C F 1 ,F 2 ..... F n je ekvivalentní působení jedné síly rovné jejich geometrickému (vektorovému) součtu a nazývá se výsledný nebo výsledný síla (viz obrázek 7):

F res. = F 1 +F 2 + ..... +F n .

Obrázek 7 - Vektorové sčítání sil.

Síly působící na těleso nebo soustavu těles lze rozdělit na externí A vnitřní. Subjekty nezahrnuté do složení studie mechanický systém, se nazývají vnější a síla, jednající z jejich strany, - externí. Vnitřní síly- síly působící na bod nebo těleso z bodů nebo těles zahrnutých v uvažovaném systému.

Systém, na kterém nepůsobí žádné vnější síly, volal izolovaný nebo ZAVŘENO.

2. Základním pojmem v dynamice je pojetí hmoty m, o kterém se v kinematice ani nemluvilo, nebylo nutné. Jakýkoli hmotný objekt (tělesa, elementární částice, pole) má hmotnost. Hmotnost působí jako mnohostranná charakteristika těla.

Určuje jeho gravitační vlastnosti, tzn. síly, kterými je těleso přitahováno k jiným tělesům, zejména k Zemi.

Hmotnost charakterizuje setrvačné vlastnosti tělesa, tzn. schopnost těla udržovat stav klidu nebo uniformy přímočarý pohyb nebo změňte rychlost.

Hmotnost tělesa m určuje látkové množství v daném tělese a je rovna součinu hustoty látky ρ a objemu V tělesa:

Hmotnost tělesa spolu s jeho rychlostí určuje hybnost a kinetickou energii tělesa.

V klasické mechanice je pojem hmotnosti charakterizován následujícím:

• m = konst, nezávisí na stavu pohybu tělesa,
• hmotnost - vel přísada, tj. hmotnost soustavy se rovná aritmetickému součtu hmotností těles obsažených v soustavě,
• hmotnost uzavřeného systému zůstává nezměněna během jakýchkoli procesů probíhajících v systému ( zákon zachování hmoty).

Takže pro hmotnost můžeme dát následující definici.

Hmotnost je mírou setrvačnosti tělesa nebo mírou gravitační interakce.

3. Hybnost hmotného bodu je vektorová veličina rovna součinu její hmotnosti a její rychlosti P= m proti.

Impuls systému hmotné body se nazývá vektor rovný geometrickému (vektorovému) součtu hybnosti všech hmotných bodů soustavy:

P = P 1 +P 2 +.....+ P n= P i

Pomocí konceptu hmoty, impuls systému rovna součinu hmotnosti celého systému a rychlosti jeho těžiště P= m v c.

Puls P- vektor shodující se ve směru se směrem rychlosti.

Puls- jedna ze základních charakteristik fyzického systému. Jak hmotnost, tak rychlost byly určeny dříve, ale pouze hybnost má jedinečnou vlastnost. Formulováno pro něj zákon zachování impuls, který je univerzální podle zákona. Provádí se také v mikrokosmu (na úrovni elementární částice, atomů a molekul), a to jak v makrosvětě (svět kolem nás), tak v megasvětě (na úrovni planet, Vesmíru, Galaxie). Doposud nebyly objeveny žádné jevy, při kterých by byl porušen zákon zachování hybnosti.

Pevný- je to stav agregace látky, vyznačující se stálostí tvaru a objemu. Na základě své vnitřní struktury se pevné látky dělí na krystalický A amorfní.

Křišťálová těla

Krystaly- jedná se o pevná tělesa, jejichž částice jsou uspořádány v přísném pořadí a tvoří prostorové periodicky se opakující struktury.

Přesněji řečeno, částice oscilují kolem určitých rovnovážných poloh. Pokud je mentálně spojíte rovnými liniemi, získáte jakousi „kostru“ krystalu. Tento obraz krystalu se nazývá krystalová mřížka.

Nejčastěji je krystalová mřížka budována z iontů (kladně a záporně nabitých atomů), které jsou součástí molekuly dané látky. Například mřížka kuchyňské soli obsahuje ionty Na+ a Cl– (obr. 1). Takové krystaly se nazývají iontový.

Bylo teoreticky prokázáno, že může existovat celkem 230 různých prostorových krystalových struktur. Většina z nich (ale ne všechny) se nachází v přírodě nebo jsou uměle vytvořeny. Na Obr. Obrázek 2 ukazuje příklady jednoduchých krystalových mřížek: 1 – jednoduchá kubická mřížka; 2 – plošně centrovaná kubická mřížka; 3 – tělesně centrovaná kubická mřížka; 4 – šestihranná mřížka.

Monokrystaly a polykrystaly

Pokud se periodicky opakující se struktura (krystalová mřížka) šíří po celém objemu těla, vytvoří se „jediný krystal“ - monokrystal. Monokrystaly mají tvar pravidelných symetrických mnohoúhelníků. Ale zřídka dosahují velikosti několika centimetrů. Příklady monokrystalů zahrnují drahokamy, islandský špalek (obr. 3), topaz (obr. 4).

V přírodě jsou běžnější náhodně prorostlé monokrystaly. Takové pevné látky se nazývají polykrystaly. Příklady polykrystalů jsou: kamenná sůl (obr. 5), křemen (obr. 6), cukr, led, železo, měď.

Anizotropie

Pořádek v krystalové struktuře vede k anizotropie, tj. závislost fyzikálních vlastností na zvoleném směru. Vysvětluje se rozdílem v hustotě částic v krystalové mřížce v různých směrech. Obrázek 7 obvykle ukazuje uspořádání atomů v jedné z rovin monokrystalu. Skrz uzly této ploché mřížky jsou vedeny různě orientované rovnoběžné přímky ( 1, 2, 3, 4 ). Je vidět, že na jednotku délky přímek není stejný počet atomů. A mnoho mechanických vlastností krystalu závisí na hustotě částic, které jej tvoří.

V první řadě je zarážející rozdílná mechanická pevnost krystalů v různých směrech. Kus slídy se například v jednom směru snadno delaminuje na tenké pláty, ale je mnohem obtížnější ho roztrhnout ve směru kolmém k plátům. Grafitový krystal také snadno exfoliuje v jednom směru. Při psaní tužkou k této delaminaci dochází nepřetržitě a na papíře zůstávají tenké vrstvy grafitu. Mnoho krystalů vede teplo a elektrický proud odlišně v různých směrech. Optické vlastnosti krystalů také závisí na směru. Diamantový krystal tedy láme světlo různě v závislosti na směru dopadajících paprsků.

Monokrystaly jsou anizotropní, zatímco polykrystaly jsou izotropní.

Teplota tání

Krystalické pevné látky mají určitou teplotu tání t pl, neměnný během procesu tavení při konstantním tlaku (obr. 8, křivka 1 ).

Když znáte bod tání a teplotu těla, můžete vždy určit, v jakém stavu agregace bude krystalické tělo: pokud je teplota těla vyšší než teplota tání, pak je tělo v kapalném stavu, pokud je nižší je v pevném stavu.

Polymorfismus

Téměř všechny látky v pevném stavu mohou existovat ve dvou nebo více krystalických variantách (modifikace), lišících se fyzikálními vlastnostmi. Tento jev se nazývá polymorfismus. Takže uhlík má dvě odrůdy - diamant a grafit: grafit je měkký, diamant je tvrdý, grafit je vodič, diamant je dielektrikum. Známé jsou 4 modifikace železa, 9 modifikací síry atd. Každá modifikace je stabilní v určitém rozsahu teplot a tlaků.

Viz také

Amorfní těla

Amorfní tělesa nemají striktní řád v uspořádání atomů. Pouze nejbližší sousední atomy jsou uspořádány v určitém pořadí. Ale neexistuje striktní směrovost ve všech směrech stejného konstrukčního prvku, která je charakteristická pro krystaly v amorfních tělesech. Obrázek 9 ukazuje ploché schéma uspořádání molekul křemene - krystalického tělesa (a) a křemenného skla - amorfního tělesa (b).

Vlastnosti amorfních těles

Všechna amorfní těla izotropní, tj. jejich fyzikální vlastnosti jsou ve všech směrech stejné. Mezi amorfní tělesa patří sklo, pryskyřice, kalafuna, cukrový cukr atd.

Pod vnějšími vlivy vykazují amorfní tělesa jak elastické vlastnosti, jako pevná tělesa, tak i tekutost, jako kapalina. Amorfní těleso má slabou tekutost. Pokud je tedy nálevka naplněna kousky vosku, po nějaké době (různé pro různé teploty) se kousky vosku „rozpustí“. Vosk bude mít tvar trychtýře a začne z něj „vytékat“.

Amorfní tělesa při nízkých teplotách svými vlastnostmi připomínají pevné látky. Nemají téměř žádnou tekutost, ale se stoupající teplotou postupně měknou a svými vlastnostmi se stále více přibližují vlastnostem kapalin. Děje se tak proto, že se zvyšující se teplotou jsou skoky atomů z jedné polohy do druhé postupně častější. Amorfní tělesa na rozdíl od krystalických nemají konkrétní bod tání. Při zahřívání látka v amorfním stavu postupně měkne a přechází v kapalinu (obr. 8, křivka 2). Místo bodu tání musíme mluvit rozsah teplot měknutí.

Tekuté krystaly

Tekuté krystaly- látky, které mají současně vlastnosti kapalin (tekutost) i krystalů (anizotropie).

Strukturou jsou to kapaliny podobné želé, skládající se z podlouhlých molekul, uspořádaných určitým způsobem v celém objemu této kapaliny (obr. 10).

Tekuté krystaly jsou téměř průhledné látky, které současně vykazují vlastnosti krystalu a kapaliny. Při zahřátí se jejich vnější skupenství může změnit z pevného na kapalné krystalické a s dalším zvýšením teploty se zcela přeměnit na kapalnou formu.

• Tekuté krystaly objevil v roce 1888 rakouský botanik F. Reinitzer. Všiml si, že krystaly cholesterylbenzoátu a cholesterylacetátu měly dva body tání a podle toho dva různé kapalné skupenství – zakalené (od 145 °C do 179 °C) a průhledné (nad 179 °C). Vědci si toho však nevšimli speciální pozornost o neobvyklých vlastnostech těchto kapalin. Fyzici a chemici kapalné krystaly dlouho v zásadě neuznávali, protože jejich existence zničila teorii tří skupenství hmoty: pevného, ​​kapalného a plynného.

Aplikace tekutých krystalů

Jednou z důležitých oblastí použití tekutých krystalů je termografie. Volbou složení kapalně krystalické látky se vytvářejí indikátory pro různé teplotní rozsahy a pro různá provedení. Například indikátor tekutých krystalů na kůži pacienta rychle diagnostikuje skrytý zánět a dokonce i nádor.

Tekuté krystaly se používají k detekci výparů škodlivých chemických sloučenin a gama a ultrafialového záření nebezpečného pro lidské zdraví. Tlakoměry a ultrazvukové detektory byly vytvořeny na bázi tekutých krystalů.

Ale nejslibnější oblastí použití kapalných krystalických látek jsou informační technologie. V současné době se používají barevné obrazovky z tekutých krystalů mobily, monitory a televize. Mají malou tloušťku, nízkou spotřebu energie, vysoké rozlišení a jas.

Viz také

Polymery

Podle svých neobvyklých vlastností vynikají z celé skupiny pevných látek: polymery- látky, jejichž molekuly se skládají z velkého počtu opakujících se skupin atomů (monomerů).

• πολύ- a μέρος – z řečtiny. „mnoho“ a „část“.

Například molekula polymeru vzniká opakováním skupiny CH2:

CH 2 - CH 2 - CH 2 - CH 2 -

Počet monomerních jednotek v molekule určuje relativní molekulovou hmotnost polymeru, která je zpravidla velmi velká - desítky a stovky tisíc jednotek atomové hmotnosti. Například polyethylen má relativní hmotnost 35 000 amu, pryž - 400 000 amu.

Polymery zahrnují četné přírodní sloučeniny: proteiny, nukleové kyseliny, polysacharidy, kaučuk a další organická hmota. Velké číslo polymery se získávají synteticky. Názvy polymerů jsou tvořeny z názvu monomeru s předponou poly: polyethylen, polypropylen, polyvinylacetát atd.

Přírodní polymerní materiály člověk ve svém životě používá odedávna. Například kůže, kožešina, vlna, hedvábí, bavlna používaná k výrobě oděvů. Z celulózy se vyrábějí fólie, vlákna, barvy a laky a zahušťovadla. Rozvoj kinematografie a fotografie byl možný pouze díky nástupu průhledné nitrocelulózové fólie. Výroba tkanin na bázi polyesterového vlákna zvaného lavsan nebo polyethylentereftalát je zvládnuta. Polypropylen a nitron jsou syntetická vlákna, která se používají moderní muž pro oděvní a průmyslové činnosti.

Speciální mechanické vlastnosti

• elasticita - schopnost podstupovat vysoké vratné deformace při relativně malém zatížení (gumy);
• nízká křehkost skelných a krystalických polymerů (plasty, organické sklo).

Viz také

Literatura

1. Aksenovič L. A. Fyzika v střední škola: Teorie. Úkoly. Testy: Učebnice. výhody pro instituce poskytující všeobecné vzdělávání. prostředí, výchova / L. A. Aksenovič, N. N. Rakina, K. S. Farino; Ed. K. S. Farino. - Mn.: Adukatsiya i vyakhavanne, 2004. - s. 184-185,186-187.
2. Zhilko V.V. Fyzika: Učebnice. příspěvek do 11. třídy. obecné vzdělání škola z ruštiny Jazyk školení / V.V. Žilko, A.V. Lavriněnko, L.G. Markovich. - Mn.: Nar. Asveta, 2002. - s. 265-269.

Cíle lekce:

1. Shrnout a systematizovat poznatky o přírodních tělesech a utvářet znalosti žáků o vlastnostech těles.
2. Rozvíjet paměť a myšlení.

úkoly:

1. Naučit rozlišovat mezi přírodními a umělými těly, různé tvary těla.
2. Naučte se měřit hmotnost těles pomocí elektronických vah.

Zařízení: míč, Rubikova kostka, krabice, květina, pěnová kostka, baňka, elektronické váhy, hliníkové destičky, geometrické obrazce, magnety.

Během vyučování

I. Organizační moment:

a) vzájemné pozdravení;

b) označení nepřítomných;

Úvod.

Ahoj hoši. V minulých lekcích jsme si s vámi povídali o přírodě a dnes o ní budeme pokračovat.

Otázka: Pamatujete si, co je příroda?

Odpovědět: Příroda je veškerá rozmanitost světa kolem nás, vše, co přirozeně vzniklo.

Člověk měl vždy pozoruhodnou vlastnost - zvědavost, neodolatelnou touhu učit se. svět, prozkoumat ho, pochopit podstatu jevů, které se v něm vyskytují. A to se mu dařilo a daří pomocí různých vědeckých metod.

Otázka: Jaké znáte metody studia přírody?

Odpovědět: Pozorování a experiment.

Víte, že pozorování a experiment jsou vzájemně propojené. Během pozorování jakéhokoli jevu nebo události člověk pečlivě zaznamenává všechny změny vyskytující se v tělech, poté vysloví hypotézu o tom, jak se jev vyskytuje, o důvodech, které jej způsobují. Správnost hypotézy je ověřena experimentálně. Poté vyvodí závěry. Používá přitom speciální slova – termíny. Co je to „termín“?

Termín je slovo nebo spojení slov, které přesně označuje konkrétní pojem. (Definice tohoto termínu je napsána na kousky papíru.)(Příloha 1, snímek č. 2).

Otázka: Rozhlédni se a řekni mi, co tě obklopuje?

Odpovědět: Kolem nás jsou stoly, židle, knihy, děti atd.

Otázka: Je to tak, jsme obklopeni různými předměty. Jakým pojmem vědci nazývají všechny objekty?

Odpovědět: Těla.

Otázka: Když čtete nebo slyšíte slovo „tělo“, co si představíte?

Odpovědět: Tělo člověka, zvířete.

V Ozhegovově slovníku je tento význam: „Tělo je organismus člověka nebo zvířete ve svém vnějším a fyzické formy" Ale toto slovo má jiný význam.

Všechny objekty, které nás obklopují, se nazývají těla.

II. Učení nového materiálu.

Příroda se skládá z obrovského množství různých těl. Dnes ve třídě budeme pokračovat ve studiu těl.

Účel naší lekce– zjistit, jaké vlastnosti mají tělesa? Jaké jsou vlastnosti těles?

Odpovědět: Vlastnosti těla jsou znaky, kterými se těla od sebe odlišují.

Víte, že mezi nesčetnými a rozmanitými těly přírody jsou těla přírodní , které jsou stvořeny přírodou, a existují i ​​těla vytvořená člověkem. Se nazývají umělý .

Otázka: Podívejte se na obrázky a pojmenujte těla, která patří do první skupiny.

Odpovědět: Strom, tráva, kámen, Slunce, motýl a další.

Otázka: Vyjmenuj tělesa, která patří do druhé skupiny.

Odpovědět: Tužka, kniha, pero, stůl, taška a další.

Otázka: Podívejte se na obrázky a řekněte mi, na jaké dvě další skupiny se těla dělí?

Odpovědět: Těla se dělí na živá a neživá.

Otázka: Uveďte příklady živých a neživých těles přírody.

Odpovědět: Život: rostliny, zvířata. Neživotné: kámen, měsíc.

První vlastností těles je rozdělení na živá a neživá.

Téma hodiny je napsáno na tabuli, následně pomocí magnetu přikládáme papírky s vlastnostmi těles (snímek č. 3).

Na stole:

Zkusme zjistit další vlastnosti těles řešením hádanek (snímek číslo 4).

Hádanky.

1. Miracle Yudo - obr
   Na zádech je nesena fontána.
   (velryba)
2. Černé batole
   Nemůže táhnout náklad podle své výšky.
   (mravenec)

Otázka: O jaké vlastnosti těla se podle vás v těchto hádankách mluví?

Odpovědět: O velikosti, délce těla? Jaká je velikost těla?

Velikost - velikost předmětu, měřítko nějakého jevu (snímek číslo 5).

Velikost těla se zjišťuje pomocí pravítka nebo měřicí pásky. Takže druhou vlastností těla je velikost.

Na stole:

Nyní si poslechněte další hádanky (snímek číslo 6).

1. Palačinka plave živá -
   Má ocas a hlavu.
   (platýs)
2. Balónek, zlatý
   Zastavil se nad řekou
   Přehouplo přes vodu
   A pak... zmizel za lesem!
   (Slunce)

Otázka: Jaká další vlastnost těla je zmíněna v hádankách?

Odpovědět: O tvaru těla (snímek číslo 7).

Forma (lat. forma) – vnější obrys, vzhled, obrysy předmětu.

Podívejte se na předměty na stole. Na jedné straně jsou geometrické tvary, na druhé - těla. jaký mají tvar? (Na stole je fotbalový míč (míč), žula (bez tvaru), tužka (válec), krabička na křídu (kvádr), kniha (kvádr), Rubikova kostka (krychle), trojboká Rubikova pyramida (čtyřstěn), baňka ( kužel), ořech (šestihranný hranol), květ (bez tvaru)).

Upozorňujeme, že některá tělesa mají pravidelný geometrický tvar, jiná mají tvar nepravidelný.

Chlapi, pamatujete si, která tělesa pravidelných geometrických tvarů jste již viděli?

(Na snímku č. 7 jsou fotografie nebo kresby předmětů různých tvarů).

(Příklady těles s pravidelnými a nepravidelnými geometrickými tvary jsou zapsány na kousky papíru.)

Na stole:

Nyní se znovu podívejte na předměty ležící na stole a řekněte mi, jakou další vlastnost těla jsme nepojmenovali? Popište míč. Jaký je?

Odpovědět: Kulaté, modré nebo světle modré (nebo jiné barvy).

Čtvrtou vlastností těles je je to barva.

Na stole:

Kromě velikosti, tvaru a barvy mají těla také další vlastnosti. Promluvme si o jednom z nich. Podívejte se pozorně na stůl. Na stole jsou dvě kostky. Jeden je vyroben z pěny a druhý z plastu. Jsou stejné velikosti a tvaru, ale jsou mezi nimi rozdíly.

Otázka: Čím se podle vás tyto kostky od sebe liší?

Odpovědět: Liší se hmotností.

To je pravda, každé tělo má hmotnost. Víte, v jakých jednotkách se hmotnost měří? Jednotkou hmotnosti je kilogram. Mezinárodní vzorek (standardní) kilogram je uložen ve Francii ve městě Sèvres. Kopie tohoto vzorku byly vyrobeny s velkou přesností pro jiné země. Byla vzata jednotka hmotnosti (kilogram). hmotnost platiny iridia ve tvaru válce o průměru a výšce 39 mm. Je uložen pod dvěma skleněnými kopulemi, ze kterých je odčerpáván vzduch. To se provádí, aby se zajistilo, že se slitina nespojí se vzduchem. V opačném případě se může hmotnost závaží výrazně zvýšit.

K měření hmotnosti libovolného tělesa se používají váhy (snímek č. 8).

Otázka: Jaké znáš váhy?

Odpovědět: Mechanické, elektronické.

Podívejte se na obrazovku (fotografie různých měřítek).

Máme i váhy. Některé jsou elektronické, jiné pákové. Na vašem stole jsou elektronické váhy. Mohou měřit pouze hmotnost těl do 200 gramů. Modré stojany (krabice) obsahují pěnové a hliníkové desky. Budete muset změřit hmotnost těchto desek. K tomu je potřeba vyjmout váhu z krabice, položit ji na stůl, poté stisknout červené tlačítko a počkat, až se objeví dvě nuly. Poté vezměte destičky jednu po druhé a změřte jejich hmotnost a výsledky zaznamenejte na kus papíru. Formulujme cíl laboratorní práce: určete hmotnost pěnových a hliníkových desek a udělejte závěr o tom, které tělo váží více. Proveďte práci a poté zapište získaná data do tabulky a udělejte závěr.

V další lekci se naučíme měřit hmotnost těles pomocí pákových vah.

Takže si to shrňme. O jakých vlastnostech těles jste se v této lekci naučili?

Odpovědět: Dozvěděli jsme se, že těla jsou živá a neživá, přírodní i umělá, mají různé tvary, barvy, velikosti a hmotnosti.

Na stole:

Otázka: Kluci, myslíte, že jsme studovali všechny vlastnosti těles?

Dnes jsme si nepamatovali ještě jednu nemovitost. O jaké nemovitosti si myslíte, že jsme se nezmínili? Tato vlastnost těla lékaře vždy velmi zajímá. Když my nemocní přijdeme k lékaři, vždy ho zajímá tělesná teplota nemocného. Víte, jaká teplota lidského těla je považována za normální? (36,6 ºC) Teplota se měří ve stupních Celsia (podle švédského astronoma a fyzika Anderse Celsia).

Celsia, teplotní stupnici, ve které se 1 stupeň (1 °C) rovná 1/100 rozdílu mezi bodem varu vody a bodem tání ledu při atmosférickém tlaku, za bod tání ledu se považuje 0 °C, za bod varu vody se považuje 100 °C. Navrhl roku 1742 A. Celsius.

Jak Lidské tělo Teplotu mají i jiná tělesa. Jakou teplotu může mít například kus ledu? Nula stupňů nebo méně. K měření tělesné teploty člověka se používá rtuťový nebo elektronický teploměr (snímek č. 9).

Na stole:

Všechny vlastnosti napsané na tabuli jsou nedílnou součástí těla jako vědeckého konceptu. Nyní s vámi můžeme dát úplná definice těla (snímek číslo 10).

Tělo - předmět přírody nebo člověkem vytvořeného světa, který má určitý tvar, barvu, hmotnost, velikost, teplotu.

Ve vědě se častěji používá pojem „fyzické tělo“.

III. Fixace materiálu

1. Didaktická hra"Pozornost - fyzické tělo!".

Učitel vyslovuje různá slova označující tělesa a jevy. Chlapi potřebují tleskat, když slyší jméno těla.

Slova: západ slunce, duha, déšť, strom, výbuch, rezervovat, medvěd, vládce, Svítání, hodiny, šatní skříň, hrom, míč, Blesk, Slunce, zemětřesení, žába.

2. Práce s literárním textem „Vasily the Beautiful“ .

Úkolem dětí je identifikovat znaky kočky Vasily fyzické tělo(text napsaný na kouscích papíru).

Kočka Vasily (pro své příbuzné a přátele prostě Vasyanya) byla velmi dobře živená a ve tvaru Cheopsovy pyramidy, pokud sedí, a sud medu, pokud stojí. Bylo to od špičky nosu až po špičku ocasu 92 cm. Jeho pruhovaná záda se hladce změnila v oranžovo-žluté břicho.

Vasily byl laskavý, trpělivý, milující, čistotný a věděl, jak zvednout náladu a zlepšit pohodu majitele. Proslul i tím, že myš chytil jen jednou. Ale když ho tíha přešla na 7 kg, jeho lovecké instinkty navždy usnuly a nebylo pro něj lepší činnosti, než si zdřímnout v náručí svého majitele. Takové teplo sálá z kočky spící ve vašem náručí a taková něha je na světě. To je Protože normální kočka teplota +38-39,5 °C.

IV. Hodnocení lekce.

V. Zadání domácího úkolu.§ 11 (nakreslete těla různých tvarů a velikostí na listy alba nebo vymýšlejte hádanky o tělech, vyplňte sešit pomocí kousků papíru.)