B. X. Shaymatov, M. Q. Jo‘raev elektrotexnik materiallar

Nazorat savollari.
1. Moddalar va jismlarning bog‘lanish turlari qanday?
2. Qattiq jismlarning kristall panjaralari ko’rinishi?
3. Qattiq jismlarning zonalar nazariyasi?


1.4 Kristall jismlar .Amorf jismlar.Qattiq jismlarning kristall panjaralari
Reja:
1. Amorf va kristall jismlar.
2. Qattiq jismlarning mexanik xossalari.
3. Mexanik kuchlanish.
Tayanch so’z va iboralar: Dielektriklar, o’tkazgichlar, elektron, molekula, paramagnitlar, izolyatsiya, ionli, metalli, elektronli bog’lanish, polietilen, kristall jismlar, amorf jismlar
Amorf jismlar boʻlinishda kristalli yuzlar hosil qilmaydi. Bunday jismlarda zarrachalar bir-birining yonida boʻladi va qatʼiy tartibga ega emas. Shuning uchun, ular juda yopishqoq yoki juda qalin. Amorf jismlarning yopishqoqligi haroratning uzluksiz funksiyasidir. Tashqi taʼsirlar ostida amorf jismlar bir vaqtning oʻzida qattiq jismlar singari elastik boʻladi, suyuqlik esa suyuqlik kabi. Agar zarba qisqa muddatli boʻlsa, unda kuchli zarba bilan ular qattiq moddalar singari boʻlaklarga boʻlinadi. Agar zarba juda uzoq boʻlsa, unda ular oqadi. Shunday qilib, masalan, qatron qattiq yuzaga joylashtirilgan boʻlsa, u yoyila boshlaydi. Bundan tashqari, uning harorati qanchalik baland boʻlsa, u shunchalik tez tarqaladi.Agar idish amorf tananing mayda qismlari bilan toʻldirilgan boʻlsa, unda bir muncha vaqt oʻtgach, bu qismlar bir butunga birlashib, idish shaklini oladi. Bu, masalan, qatronlar uchun, Amorf jismlar aniqlangan erish nuqtasiga ega emas. Buning oʻrniga ular yumshatuvchi harorat oraligʻiga ega. Isitganda ular asta-sekin suyuq holatga aylanadi. Amorf moddalar ikki holatda boʻlishi mumkin: shishasimon yoki eritilgan. Birinchi holatga past harorat, ikkinchisiga yuqori harorat sabab boʻlishi mumkin. Amorf jismlarning yopishqoqligi haroratga ham bogʻliq: harorat qancha past boʻlsa, yopishqoqlik shunchalik yuqori boʻladi va aksincha. Shuningdek, amorf jismlar izotropdir. Ular uchun fizik xususiyatlar barcha yoʻnalishlarda bir xil, tabiiy sharoitlarda ular toʻgʻri geometrik shaklga ega emaslar. Tadqiqotlar shuni koʻrsatdiki, ularning tuzilishi suyuqliklarnikiga oʻxshashdir. Amorf moddalar oʻz-oʻzidan kristal holatiga oʻtishi mumkin. Buning sababi, kristal holatida moddaning ichki energiyasi amorfga qaraganda kamroq. Ushbu jarayonning misoli -vaqt oʻtishi bilan shishaning bulutli boʻlishi. Ajratish paytida amorf jismlarda qirralar hosil bo'lmaydi. Zarralar butunlay tartibsiz va bir-biriga yaqin. Ular juda qalin va yopishqoq bo'lishi mumkin. Tashqi ta'sirlar ularga qanday ta'sir qiladi? Turli xil harorat ta'sirida jismlar suyuqlik singari suyuqlikka aylanadi va shu bilan birga ancha elastik bo'ladi. Agar tashqi ta'sir uzoq davom etmasa, amorf tuzilishdagi moddalar kuchli zarba bilan bo'laklarga bo'linishi mumkin. Tashqi tomondan uzoq muddatli ta'sir ularning shunchaki oqishiga olib keladi. Moddaning amorf holati ma'lum bir haroratni ushlab turishni nazarda tutmaydi. Past darajalarda tanalar muzlaydi, yuqori tezlikda ular eriydi. Aytgancha, bunday moddalarning yopishqoqligi darajasi ham bunga bog'liq. Past harorat yopishqoqlikning pasayishiga yordam beradi, yuqori, aksincha, uni oshiradi. Amorf tipdagi moddalar uchun yana bir xususiyatni ajratish mumkin - kristal holatiga o'tish va o'z-o'zidan. Nima uchun bunday bo'ladi? Kristal tanadagi ichki energiya amorfga qaraganda ancha kam. Buni shisha buyumlar misolida ko'rishimiz mumkin - vaqt o'tishi bilan ko'zoynak bulutli bo'ladi.
Metall shisha - bu nima? Erish paytida metallni kristall panjaradan olib tashlash mumkin, ya'ni amorf moddani shishasimon qilish mumkin. Sun'iy sovutish jarayonida qotish paytida yana kristalli panjara hosil bo'ladi. Amorf metall korroziyaga qarshi ajoyib qarshilikka ega. Masalan, undan ishlab chiqarilgan avtomobil tanasi har xil qoplamalarga muhtoj bo'lmaydi, chunki u o'z-o'zidan yo'q bo'lib ketmaydi. Amorf modda - bu atom tuzilishi misli ko'rilmagan quvvatga ega bo'lgan tanadir, ya'ni amorf metalldan mutlaqo har qanday sanoat tarmog'ida foydalanish mumkin. Plastisitning namoyon bo'lishi, elastiklik, deformatsiyaning qattiqlashishi ko'plab jismlarga xosdir. Kristalli va amorf moddalar bu xususiyatlarga ko'proq ega, suyuqlik va gazlar esa bunday xususiyatlarga ega emas. Boshqa tomondan, ular hajmning elastik o'zgarishiga hissa qo'shayotganini ko'rishingiz mumkin. Kristalli va amorf moddalar nima? Yuqorida aytib o'tilganidek, ulkan yopishqoqlik koeffitsientiga ega bo'lgan jismlarni amorf deb atash mumkin va oddiy haroratda ularning suyuqligi mumkin emas. Ammo yuqori harorat, aksincha, ularni suyuqlik kabi suyuqlik bo'lishiga imkon beradi.
Kristalli turdagi moddalar butunlay boshqacha ko'rinadi. Ushbu qattiq moddalar tashqi bosimga qarab o'zlarining erish nuqtasiga ega bo'lishi mumkin. Suyuqlik sovutilsa, kristallarni olish mumkin. Agar siz aniq choralarni ko'rmasangiz, suyuq holatda har xil kristallanish markazlari paydo bo'la boshlaganini sezasiz. Ushbu markazlarni o'rab turgan hududda qattiq narsa hosil bo'ladi. Juda kichik kristallar tasodifiy tartibda birlasha boshlaydi va polikristal deb ataladigan narsa olinadi. Bunday tana izotropdir. Bunday jismlarning shakli ma'lum bir ulanish uchun doimiydir. Masalan, beril har doim olti burchakli prizmaga o'xshaydi. Bir oz tajriba qiling. Kubik shaklidagi osh tuzining (sharning) kichik kristalini oling va iloji boricha bir xil osh tuzi bilan to'yingan holda maxsus eritmaga soling. Vaqt o'tishi bilan siz ushbu tana o'zgarishsiz qolganini ko'rasiz - u yana osh tuzi kristallariga xos bo'lgan kub yoki to'p shaklini oldi.
Amorf kristalli moddalar - bu amorf va kristal fazalarni o'z ichiga olishi mumkin bo'lgan jismlar. Ushbu tuzilish materiallarining xususiyatlariga nima ta'sir qiladi? Hajmlarning turli xil nisbati va bir-biriga nisbatan har xil joylashishi. Bunday moddalarning keng tarqalgan namunalari keramika, chinni, sitall materiallari. Amorf-kristalli tuzilishga ega bo'lgan materiallar xususiyatlari jadvalidan ma'lum bo'ladiki, chinni shisha fazaning maksimal foizini o'z ichiga oladi. Ko'rsatkichlar 40-60 foiz orasida o'zgarib turadi. Eng quyi tarkibni tosh quyish misolida ko'ramiz - 5 foizdan kam.Shu bilan birga, keramik plitkalar suvni yuqori singdiradi.
Ma'lumki, chinni, keramik plitkalar, tosh quyish va toshbo'ron kabi sanoat materiallari amorf-kristalli moddalardir, chunki ular tarkibida shishasimon fazalar va shu bilan birga ularning tarkibida kristallar mavjud. Shuni ta'kidlash kerakki, materiallarning xususiyatlari undagi shisha fazalarining tarkibiga bog'liq emas.
Amorf moddalardan foydalanish tibbiyot sohasida eng faol amalga oshiriladi. Masalan, tez sovitilgan metall jarrohlikda faol ishlatiladi. Tegishli o'zgarishlar tufayli ko'p odamlar og'ir jarohatlardan so'ng mustaqil ravishda harakatlana olishdi. Gap shundaki, amorf tuzilish moddasi suyakka implantatsiya qilish uchun juda yaxshi biomaterialdir. Olingan maxsus vintlar, plitalar, pinlar, pinalar qattiq singan holatlarda kiritiladi. Ilgari bunday maqsadlar uchun jarrohlikda po'lat va titandan foydalanilgan. Keyinroq amorf moddalar tanada juda sekin tarqalib ketishi va bu ajoyib xususiyat suyak to'qimalarini tiklashga imkon yaratishi aniqlandi. Keyinchalik, modda suyak bilan almashtiriladi. Nozik mexanika aniqlikka asoslangan va shuning uchun shunday deyiladi. Ushbu sohada, shuningdek metrologiyada o'lchov vositalarining o'ta aniq ko'rsatkichlari muhim rol o'ynaydi, bu qurilmalarda amorf jismlardan foydalanish orqali erishiladi. Nozik o'lchovlar tufayli institutlarda laboratoriya va ilmiy tadqiqotlar mexanika va fizika sohalarida olib boriladi, yangi dorilar olinadi va ilmiy bilimlar yaxshilanadi.
Qattiq jismlarning suyuqlik va gazlarning asosiy farqi ularning о'z hajmlari va shakllarining saqlay olishdir. Ammo shunday qattiq moddalar ham borki, ulаr qattiq holda bо'lsalar ham ularning xossalari suyuqliklar kabi izatropdir, уа'ni ularning xossalari уо'nalishga bog'liq emas. Shuning uchun qattiq jismlarning о'zlari ham ikki xil bо'ladi: kristall va аmorf jismlar. Shu ikki xil qattiq jismlarning fizik xossalari bir- biridan keskin farq qiladi. Bir jinsli kristall jismlarning asosiy xossasi ularning anizatropligidir. Bunday jismlarning issiqlikdan kengayishi, issiqlik о'tkazuvchanligi. mexanik mustahkamligi, dielektrik doimiyligi, sindirish ko'rsatkichi va shu kabi boshqa ko'pgina xossalari уо'nalishga bog'liq, уа'ni turli xil уо'nalishlarga turlichadir.
Kristall jismlarga misol qilib, turli xil metallar, osh tuzi, kvars va boshqalarni Agar kristall bir markazdan о'sgan bo'lsa unga monokristall, ko'р markazdan iborat bo’lsa polikristall (masalan, navvot) deyiladi. Polikristallarga turli xil metallar kiradi.
Amorf (grekcha-shaklsiz} moddalarning kristallardan asosiy farqi ularning fizik xossalarining turli уо'nа1ishlarda birday bo'lishidir, Bo’larga misol qilib mum shisha,parafinlarni keltirish mumkin. Ulаr aslida qattiq holdagi suyuqliklardir. Сhunki ulanung molekulyar tuzilishi suyuqliklarning tuzilishiga о'хshash. Shuning uchun qattiq jismlar deganda biz, asosan, kristall jismlarni tushinamiz.
Shunday moddalar ham borki, ular ham kristall, ham amorf xossalarini namoyon qiladi. Masalan shakar, kristall holdadir. U eritilsa tiniq shakarli suv аmorf aylanadi. Vaqt о'tishi bilan shakarli suv ichida yana shakar kristallari paydo bo'la boradi.
Kristallarning anizatrop xossasiga еga bо'lishga sabab ularni tashkil etuvchi zarralarning kristallik panjara davriy ravishda takrorlanuvchan joylashuviga ega еkanligigadir. Ularning zarralari aniq tartibga ko'ra joylashib, muvozanat holat atrofida теbrаnmа harakatdagi fazoviy struktura hosil qiladi.
Deformatsiya deb, tashqi kuch ta'sirida jismlar shakli va hajmi о'zgarishiga aytiladi. Deformatsiya kattaligi jismning о'lchamlariga, qo'yilgan kuchning qiymatiga va jismning moddasiga bog'liq bo’ ladi. Jism moddasining xususiyatiga qarab, deformatsiyalar elastik va qoldiq deformatsiyalarga bo'1inаdi. Elastik deformatsiya deb, tashqi kuch ta'siri tugatilishi bilan jismning о'zgargаn shakli va hajmi tiklanadigan deformatsiyaga aytiladi. Bunday xususiyatga ega bо'1gаn jismlarga elastik jismlar deyiladi.
Agar tashqi kuch ta'siri tugatilgandan keyin jismning о'zgargan shakli va hajmi tiklanmasa, bunday deformatsiyga qoldiq (plastik) defotmatstya deyiladi. Вundау xususiyatga ega bo'lgan jismlarga esa plastik jism1аr deyiladi.Qo'yilgan kuchning sterjin ta'siri kuchlanish yoki zo'riqish deb ataluvchi fizik kaftalik bilan xarakterlanadi. Mexanik kuchlanish deb, sterjinning bir birlik kesim yuziga tik ravishda ta'sir qiluvchi kuchga miqdor jihatdan teng bu1gan fizik kattalikka ауtiladi; уа'ni:
()

Qattiq jism zarralari kristall раnjara asosida tuzilgan bo'lib, muvozanat holat atrofida panjara tuginida tebranib turadi. Jismlar isitilganda zarralarning tebranish tezligi ortadi va natijada zarralar orasidagi o'rtacha masofa ortadi. Bu еsа jismning chiziqli о'1сhаmi, demak jismning hajmi ham ortdi.
Jism sovitilganda esa uning chiziqli о'lchamlari binobarin hajmi ham kamayadi.
Qattiq jismni isitganda uning chiziqli о'lchamlarining ortishiga jismning issiqlikdan chiziqh kengayishi deyiladi. Tajribaning kо'rsatishicha bir-jismning о'qi hаr xil temperaturada har xil kenirayadi: Jismlarning issiqlikka bog'liq bо'lgan bu xossasini miqdor jihatidan xarakter1ash исhun chiziqli kengayish koefitsenti degan maxsus kattalik kiritilgan. Jismning аsоsdagi uzunligi t=l 0C ga isitilganda uning uzunlig l t ga teng bo'1sа, chiziqli kengayish kоеfitsenti deb,

()

Amorf moddalar, biz ularga misollar keltirdik, sanoatda intensiv foydalanilmoqda. Superelastik holat polimerlarning istalgancha deformatsiyalanishiga imkon beradi va bu holat bog'lanishlar va molekulalarning moslashuvchanligi oshishi hisobiga erishiladi. Harorat qiymatlarining yanada oshishi polimer yanada elastik xususiyatlarga ega bo'lishiga olib keladi. U maxsus suyuqlik va yopishqoq holatga o'tishni boshlaydi.
Agar siz vaziyatni nazoratsiz qoldirsangiz va haroratning yanada oshishiga to'sqinlik qilmasangiz, polimer degradatsiyaga, ya'ni halokatga uchraydi. Yopishqoq holat makromolekulaning barcha zvenolari juda harakatchan ekanligini ko'rsatadi. Polimer molekulasi oqayotganda, bog'lanishlar nafaqat to'g'rilanadi, balki bir-biriga juda yaqinlashadi. Molekulyar ta'sir polimerni qattiq moddaga (rezina) aylantiradi. Ushbu jarayon mexanik vitrifikatsiya deb ataladi. Olingan modda plyonkalar va tolalarni ishlab chiqarish uchun ishlatiladi.
Polimerlardan poliamidlar, poliakrilonitrillarni ishlab chiqarish uchun foydalanish mumkin. Polimer plyonka yaratish uchun siz polimerni teshikli teshikka ega bo'lgan matritsalar orqali surishingiz va lentaga surtishingiz kerak. Shu tarzda, qadoqlash materiallari va magnit lenta tagliklari ishlab chiqariladi. Polimerlarga turli xil laklar (organik erituvchida ko'pik), yopishtiruvchi va boshqa biriktiruvchi materiallar, kompozitsiyalar (plomba bilan polimer asos), plastmassalar ham kiradi.