Прочность и поверхностная энергия твердых тел . Часть 1

В последние годы серьезное внимание исследователей вполне заслуженно привлекает вопрос о прочности кристаллических твердых тел. Ее изучение позволяет понять природу важнейших закономерностей, характеризующих некоторые механические, тепловые и другие свойства твердых тел.

Теоретическая прочность кристаллических твердых тел и их твердость зависят от величины сил взаимодействия между ионами, атомами или молекулами, образующими решетку кристалла.

Рассмотрим силы, действующие в ионной решетке. В этой решетке каждый ион окружен ионами противоположного заряда, i силы электростатического притяжения уравновешиваются квантовомеханическими силами отталкивания [4—7]. Силы электростатического притяжения очень быстро уменьшаются при удалении ионов друг от друга и быстро возвращаются после того, как при сближении ионов их электронные оболочки начинают перекрываться

Потенциальная энергия, учитывающая действие сил притяжения и отталалкивания, может быть в общей форме выражена как

или приближенно

где член

соответствует силам притяжения,

или

силам отталкивания; г — расстояние между центрами ионов. Значение постоянных С, С" и С" этих выражениях зависит от валентности

ионов и от некоторых других факторов. При г = го эти силы уравновешивают друг друга. Очевидно, что кристалле, свободном от внешних воздействий, ионы должны от стоять друг от друга именно на расстоянии го, соответствующем равновесию названных сил. При этом потенциальная энергия частиц является наименьшей: система обладает максимальной устойчивостью Изменение значения рассматриваемых сил в зависимости о расстояния между элементами, составляющими кристаллическук решетку, схематически представлено на рис. 5.

Если одна частица решетки находится в начале координат, тс в соответствии со сказанным выше в нормальной недеформирован ной решетке вторая частица располагается в точке А пересечения результирующей силы с осью абсцисс; при этом результирующая сила равна нулю, и система устойчива. Расстояние от начала ко ординат до точки А равно го.

Любое изменение этого расстояния между частицами (например, в результате нагревания тела) на

рушает равенство сил притяжения и отталкивания и, следовательно, увеличивает потенциальную энергию системы и уменьшает ее устойчивость.

Работу, необходимую для разрушения решетки и удаления ее частиц друг от друга на бесконечно большие расстояния (практически на расстояния, при которых силы взаимодействия между частицами пренебрежимо малы), называют энергией решетки.

 

Другие части:

Прочность и поверхностная энергия твердых тел . Часть 1

Прочность и поверхностная энергия твердых тел . Часть 2

Прочность и поверхностная энергия твердых тел . Часть 3

Прочность и поверхностная энергия твердых тел . Часть 4

Прочность и поверхностная энергия твердых тел . Часть 5

Прочность и поверхностная энергия твердых тел . Часть 6

 

 

Содержание