Количество просмотров публикации Общие сведения о строении вещества - 223
Классификация материалов
I. Основы строения и свойств материалов
Введение
М. В. Шкаруба
Материаловедение.
Технология конструкционных материалов
Конспект лекций
Омск – 2005
УДК 620.22
ББК 30.3
Ш 66
Рецензенты:
В. К.Федоров, д-р. Размещено на реф.рфтехн. наук, профессор кафедры ʼʼФизикаʼʼ СибАДИ;
И. И. Семенов, канд. техн. наук, ведущ. науч. сотрудник ОНИИП.
Ш 66 Шкаруба М. В.
Материаловедение. Технология конструкционных материалов:
Конспект лекций. Омск: Из-во ОмГТУ, 2005. 60c.
В конспекте лекций кратко изложены основы строения материалов и приведена их классификация.
Рассмотрена физика явлений, имеющих место в электротехнических материалах: диэлектриках, проводниках, полупроводниках и магнитных материалах. Описываются электрические и физико-механические свойства этих материалов.
Рассмотрено строение и механические свойства конструкционных материалов, приведены основные способы технологической обработки металлов.
Предназначен для студентов дневного, вечернего и заочного обучения специальности 100400 при изучении дисциплины ʼʼМатериаловедение. Технология конструкционных материаловʼʼ.
УДК 620.22
ББК 30.3
Печатается по решению редакционно-издательского совета Омского
государственного технического университета
© М. В. Шкаруба, 2005
© Омский госуд. техн. ун., 2005
ЛЕКЦИЯ №1
Дисциплина ʼʼМатериаловедение. Технология конструкционных материаловʼʼ относится к числу основополагающих учебных дисциплин для многих специальностей. При этом содержание этого курса лекций зависит от специальности, для которой он предназначен. Данный конспект предназначен для студентов Электротехнического факультета͵ в связи с этим разделу ʼʼЭлектротехнические материалыʼʼ уделено больше времени.
Основополагающие термины дисциплины.
Материалы- ϶ᴛᴏ совокупность предметов труда, которые человек преобразует в трудовом процессе, превращая в продукты труда (предметы потребления и средства производства).
Материаловедение – наука, изучающая строение, свойства материалов, связь между строением и свойствами, а также влияние на них внешних воздействий (теплового, механического, химического и т. д.).
Технология– совокупность методов обработки, изготовления, изменения состояния, свойств, формы сырья, материала или полуфабриката͵ осуществляемых в процессе производства.
Существует несколько классификаций материалов. К примеру, по агрегатному состоянию все материалы подразделяются на следующие типы:
– твёрдые материалы;
– жидкости;
– газы;
– плазма.
Газ - ϶ᴛᴏ состояние вещества, в котором атомы и молекулы не связаны или слабо связаны силами взаимодействия и, хаотически двигаясь, заполняют весь объём. В случае если силами взаимодействия молекул в газе пренебречь, то такой газ принято называть идеальным.
Жидкости – вещества, сочетающие свойства газов и твёрдых тел. Тепловое движение молекул (атомов) жидкости представляет собой сочетание малых колебаний около положения равновесия и перескоков из одного положения в другое.
Твёрдое тело характеризуется стабильностью формы. У него атомы могут совершать лишь малые (тепловые) колебания вокруг фиксированных положений равновесия.
Плазма - ϶ᴛᴏ особое состояние вещества, здесь оно не рассматривается.
Для данного курса больше подходит классификация технических материалов по назначению:
1)конструкционные;
2) электротехнические;
3) триботехнические;
4) инструментальные;
5) рабочие тела;
6) топливо;
7) технологические.
В курсе лекций рассматриваются только конструкционные и электротехнические материалы.
Конструкционные материалы – твёрдые материалы, предназначенные для изготовления изделий, подвергаемых механическому нагружению.
Электротехнические материалы предназначены для изготовления изделий, применяемых для производства, передачи, преобразования и потребления электроэнергии.
referatwork.ru
Основными элементарными частицами, из которых строятся все известные нам вещества, являются протоны, электроны, нейтроны.
Из протонов и нейтронов состоит атомное ядро, а электроны заполняют атомные оболочки, компенсируя положительный заряд ядра. Как вам известно, строение ядра атома, периодичность заполнения оболочек электронами можно находить с помощью таблицы Менделеева.
Газы, жидкие и твердые тела состоят из атомов, молекул или ионов. Размеры атомов около 0,1 нм, размеры положительных ионов, получившихся из атомов, лишившихся части электронов, меньше, чем размеры атомов, а размеры отрицательных ионов, присоединивших дополнительные электроны больше, чем размеры соответствующих атомов, потерявших или присоединивших электроны.
Молекулы газов содержат различное число атомов. Так, например:
Одноатомные газы – He, Ne, Ar.
Двухатомные газы – O2, N2, h3, Cl2.
Трехатомные – СO2.
Четырехатомные - Nh4.
Наиболее часто встречаются молекулы, в которых существуют ковалентные и ионные химические связи.
1. Ковалентная связь –связь, объединяющая несколько атомов в молекулу, что достигается за счет электронов, которые являются общими для атомов. К примеру, молекула хлора Cl2 состоит из двух атомов хлора:
| В результате образуется устойчивая конфигурация молекул за счет двух не спаренных электронов |
Химическая связь такого типа осуществляется в молекулах h3, O2, CO, а также наблюдается в молекулах, образованных металлоидными атомами, например, в вышерассмотренной молекуле хлора.
Выделяют ковалентную полярную и неполярную связь.
Молекулы, в которых центры одинаковых по величине положительных и отрицательных зарядов совпадают, являются неполярными. Иными словами, если атомы, образующие ковалентную связь, одинаковы, то истинные заряды атомов в молекуле также одинаковы, поскольку атомы, образующие связь, в равной степени владеют обобществлённой электронной парой. Такую связь имеют простые вещества, например: О2, N2, Cl2.
Если же, в отдельных молекулах центры противоположных по знаку зарядов не совпадают и находятся на некотором расстоянии друг от друга, то такие молекулы называют полярными или дипольными. Такое соединение образуется между двумя различными неметаллами.
Полярная связь характеризуется величиной дипольного момента, которая направлена от «-» заряда к «+».
2. Ионная связь. Определяется силами притяжения между положительными и отрицательными ионами. Твердые тела ионной структуры характеризуются повышенной механической прочностью и относительно высокой температурой плавления.
Ионная связь— крайний случай поляризации ковалентной полярной связи. Образуется между типичными металлом и неметаллом. При этом электроны у металла полностью переходят к неметаллу.
Если химическая связь образуется между атомами, которые имеют очень большую разность электроотрицательностей, то общая электронная пара полностью переходит к атому с большей ЭО. Результатом этого является образование соединения противоположно заряженных ионов:
3. Металлическая связь— химическая связь, обусловленная наличием относительно свободных электронов. Характерна как для чистых металлов, так и их сплавов и интерметаллических соединений.
Во всех узлах кристаллической решетки расположены положительные ионы металла. Между ними беспорядочно, подобно молекулам газа движутся валентные электроны, отщепившиеся от атомов при образовании ионов. Эти электроны играют роль цемента, удерживая вместе положительные ионы; в противном случае решетка распалась бы под действием сил отталкивания между ионами. Вместе с тем и электроны удерживаются ионами в пределах кристаллической решётки и не могут её покинуть. Силы связи не локализованы и не направлены.
Основные свойства:
Свободно движущиеся электроны обусловливают высокую электро- и теплопроводность. Вещества, обладающие металлической связью, часто сочетают прочность с плаcтичностью, так как при смещении атомов друг относительно друга не происходит разрыв связей.
4. Молекулярная связь (связь Ван-дер-Ваальса). Такая связь существует в некоторых веществах между молекулами с ковалентными внутримолекулярными связями. Наблюдается между молекулами некоторых веществ, например, у парафина, имеющих низкую температуру плавления, свидетельствующую о непрочности их кристаллической решетки.
megalektsii.ru
Основными элементарными частицами, из которых строятся все известные нам вещества, являются протоны, электроны, нейтроны.
Из протонов и нейтронов состоит атомное ядро, а электроны заполняют атомные оболочки, компенсируя положительный заряд ядра. Как вам известно, строение ядра атома, периодичность заполнения оболочек электронами можно находить с помощью таблицы Менделеева.
Газы, жидкие и твердые тела состоят из атомов, молекул или ионов. Размеры атомов около 0,1 нм, размеры положительных ионов, получившихся из атомов, лишившихся части электронов, меньше, чем размеры атомов, а размеры отрицательных ионов, присоединивших дополнительные электроны больше, чем размеры соответствующих атомов, потерявших или присоединивших электроны.
Молекулы газов содержат различное число атомов. Так, например:
Одноатомные газы – He,Ne,Ar.
Двухатомные газы – O2,N2,h3,Cl2.
Трехатомные – СO2.
Четырехатомные - Nh4.
Наиболее часто встречаются молекулы, в которых существуют ковалентныеиионныехимические связи.
Ковалентная связь – связь, объединяющая несколько атомов в молекулу, что достигается за счет электронов, которые являются общими для атомов. К примеру, молекула хлора Cl2состоит из двух атомов хлора:
В результате образуется устойчивая конфигурация молекул за счет двух не спаренных электронов
Химическая связь такого типа осуществляется в молекулах h3,O2,CO, а также наблюдается в молекулах, образованных металлоидными атомами, например, в вышерассмотренной молекуле хлора.
Выделяют ковалентную полярную и неполярную связь.
Молекулы, в которых центры одинаковых по величине положительных и отрицательных зарядов совпадают, являются неполярными. Иными словами, если атомы, образующие ковалентную связь, одинаковы, то истинные заряды атомов в молекуле также одинаковы, поскольку атомы, образующие связь, в равной степени владеют обобществлённой электронной парой. Такую связь имеютпростые вещества, например:О2,N2,Cl2.
Если же, в отдельных молекулах центры противоположных по знаку зарядов не совпадают и находятся на некотором расстоянии друг от друга, то такие молекулы называют полярными или дипольными. Такое соединение образуется между двумя различныминеметаллами.
Полярная связь характеризуется величиной дипольного момента, которая направлена от «-» заряда к «+».
Ионная связь.Определяется силами притяжения между положительными и отрицательными ионами. Твердые тела ионной структуры характеризуются повышенной механической прочностью и относительно высокой температурой плавления.
Ионная связь— крайний случай поляризации ковалентной полярной связи. Образуется между типичнымиметалломинеметаллом. При этом электроны у металла полностью переходят к неметаллу.
Если химическая связьобразуется междуатомами, которые имеют очень большую разностьэлектроотрицательностей, то общаяэлектронная параполностью переходит к атому с большей ЭО. Результатом этого является образование соединения противоположно заряженныхионов:
Металлическая связь —химическая связь, обусловленная наличием относительно свободныхэлектронов. Характерна как для чистыхметаллов, так и ихсплавовиинтерметаллических соединений.
Во всех узлах кристаллической решетки расположены положительные ионыметалла. Между ними беспорядочно, подобно молекулам газа движутся валентныеэлектроны, отщепившиеся от атомов при образовании ионов. Эти электроны играют роль цемента, удерживая вместе положительные ионы; в противном случае решетка распалась бы под действием сил отталкивания между ионами. Вместе с тем и электроны удерживаются ионами в пределах кристаллической решётки и не могут её покинуть. Силы связи не локализованы и не направлены.
Основные свойства:
Свободно движущиеся электроны обусловливают высокую электро-итеплопроводность. Вещества, обладающие металлической связью, часто сочетают прочность с плаcтичностью, так как при смещении атомов друг относительно друга не происходит разрыв связей.
Молекулярная связь (связь Ван-дер-Ваальса). Такая связь существует в некоторых веществах между молекулами с ковалентными внутримолекулярными связями. Наблюдается между молекулами некоторых веществ, например, у парафина, имеющих низкую температуру плавления, свидетельствующую о непрочности их кристаллической решетки.
studfiles.net
