Определение твердого тела

Если смять лист бумаги, то он не распрямится и не разрушится, а останется смятым. Если бы это был лист не бумаги, а металла, то мы сказали бы, что имеем дело с пластичным или, как говорили раньше, ковким материалом. Некоторые другие материалы совсем не пластичны. Например, при попытке изогнуть стеклянную палочку, не разогретую предварительно в пламени, мы ее просто сломаем. В таких случаях говорят, что материал хрупок. В этом, как и во многих других отношениях, стекло совсем не похоже на металл, который, как правило, более или менее пластичен. Различие может определяться как типом атомов, из которых построены металлы и стекло, так и способом осуществления межатомных связей, а скорее всего и тем и другим. Существует, конечно, и множество других различий между металлами и стеклом. Так, металлы проводят электрический ток и потому используются в линиях электропередач, стекло же практически электричество не проводит, оно служит изоляционным материалом. Стекло прозрачно, его вставляют в окна, в то время как металлический лист при толщине более миллионной доли сантиметра совершенно не прозрачен.

 
 
Алмазы - твердое тело
 
Тем, кто изучает подобные свойства твердых тел, естественно, хочется понять причину такого резкого различия. Они хотят подробно изучить механические, электрические, оптические, а также многие другие их свойства. Более того, стремясь понять природу этих свойств, ученые хотят разработать основы для создания материалов с заранее заданными свойствами, удовлетворяющими нужды каждой отрасли промышленности. В течение последних двадцати лет исследования такого рода выделились в область науки, получившую название физики твердого тела, хотя в большинстве своем объект и методика исследований в ней подвластны скорее химии, чем физике. Физика твердого тела представляем собой одно из основных направлений науки. Она позволила открыть новые и неожиданные свойства материалов. Например, свойства полупроводников, которые обусловили бурное развитие производства не только таких новых приборов, как, например, транзисторы, но и целых отраслей техники. Естественно, что среди наук, лежащих в основе любой технологической специальности, физика твердого тела заняла одно из ведущих мест. Современный инженер свободно оперирует такими понятиями, как «валентная зона», или «зона проводимости», которые возникли при изучении твердого тела с помощью квантовой механики. Вероятно, здесь в большей степени, чем где бы то ни было, квантовая механика перестает быть «чистой» наукой и становится рабочим инструментом техники.
 
Конечно, твердые тела были объектом экспериментальных исследований задолго до появления квантовой механики. Начнем хотя бы с факта, известного со времен первых экспериментов в области электричества, — металлы в отличие от большинства других материалов хорошо проводят электрический ток. Открыв в начале нашего века электрон и осознав его универсальность как составного элемента вещества, ученые предположили, что в металлах некоторые или даже все атомы теряют какую-то часть своих электронов, а в изоляционных материалах, таких как стекло, этого не происходит. Электроны в металле могут свободно двигаться и тем самым проводить электричество, а электроны в изоляторах лишены такой возможности.
 
Почему так обстоит дело именно в металлах, предстояло объяснить квантовой механике, и надо сказать, что даже сейчас ответ на этот вопрос не совсем ясен. В то же время известен способ, как определить число свободных электронов в металле. Он основывается на эффекте Холла и заключается в следующем. Если возле проводника, по которому течет ток, находится магнит, отклоняющий электроны в сторону, то поперек проводника возникает так называемая холловская разность потенциалов.
 
Эту разность потенциалов можно измерить, и поскольку она зависит только от скорости движения электронов (в то время как сила электрического тока зависит как от скорости, так и от количества вовлеченных в процесс электронов), то при известном значении тока результаты измерения позволяют определить число свободных электронов в проводнике. Оказалось, что в хороших проводниках, таких как медь, каждый атом теряет примерно один электрон, все эти электроны становятся общественными (коллективизированными), образуя электронный газ. В таких металлах плотность электронного газа должна быть достаточно большой, более чем 1023 электронов в кубическом сантиметре.
 

Рекомендуем почитать!

razvitie-moskitov-i-glavnoe-ikh-znachenie
Развитие москитов может происходить только при довольно...ДАЛЕЕ .....972
a-opasen-li-elektricheskij-tok-na-samom-dele
В давние времена еще, когда миром правили боги и цари люди и...ДАЛЕЕ .....928
kogda-menshee-okazyvaetsya-bolshim-iz-istorii-parovozov
В 1804 году англичанину Ричарду Тревитику пришла в голову...ДАЛЕЕ .....969
natsionalnyj-park-komodo
Индонезийский архипелаг поражает своей уникальной природой....ДАЛЕЕ .....1027
sad-kirstenbos-kejptaun
Ботаническое сообщество из Бретани решило организовать сад в...ДАЛЕЕ .....809
kak-v-drevnie-vremena-delali-abort
Как прерывали беременность в древности  Первые письменные...ДАЛЕЕ .....649
chto-takoe-shproty-eto-kakaya-ryba
Сегодня шпроты уже не вид рыбы, а способ ее...ДАЛЕЕ .....4503
o-dostizheniyakh-leonardo-da-vinchi
Леонардо да Винчи был живописцем, скульптором, инженером,...ДАЛЕЕ .....1131
Яндекс.Метрика