Кварцевое стекло. Его свойства, производство и применение - Глаголев С.П.
Скачать (прямая ссылка):
Проследим подробнее переход вещества из твердого состояния в-жидкое и параллельное изменение (как количественное, так и качественное) его внутренней энергии. Согласно современным взглядам, (справедливость которых мы покажем ниже) все без исключения телаг 'действительно находящиеся в твердом состоянии, обладают кристаллической структурой. Правда, иногда внешний вид совершенно не дает знать о кристаллическом строении. Так например, такие тела, как дерево, многие волокнистые органические вещества (лен, шелк и пр.)< и даже большинство металлов выглядят вполне аморфными. Однако новейшими исследованиями с полной определенностью было доказано, что под этой псевдоаморфной формой кроется кристаллическая сущность. Там, где невооруженный глаз не видит никакой симметричней структуры, микроскоп, или в более сложных случаях рентгеновская установка, позволяют открыть наличие мельчайших кристалли-, ков. Таким образом возникло представление о микрокристаллическом строении некоторых тел.
В кристалле частицы расположены в известном порядке, образуя правильную пространственную решетку и удерживаясь на своих мес- г,1 тах силами сцепления. Благодаря взаимным связям им доступны* * лишь колебательные движения около некоторой точки равновесия. Тепловое движение осуществляется здесь таким образом в форме колебаний. При повышении температуры кристалла амплитуда колеба-
¦ний частиц, составляющих его решетку, увеличивается","вместе с тем увеличивается их кинетическая и потенциальная энергия. Это увеличение, как показывает рис. 1, где по оси абсцисс отложена температура -(по абсолютной шкале), а по оси ординат—внутренняг. энергия вещества, идет по линии АВ, очень близкой к прямой.
Плавное увеличение внутренней энергии будет иметь место до некоторой температурной точки Т8. При температуре Та, которую называют температурой плавления, колебательное тепловое движение частиц кристалла становится настолько сильным, что кристаллическая решетка разрушается, частицы покидают свои места и твердое тело — кристалл — переходит в жидкое состояние — плавится. Разрушение решетки кристалла требует затраты определенного количества энергии на преодоление молекулярных сил, удерживающих частицы на своих местах. Эта энергия черпается за счет теплоты, подводимой извне при нагревании. В результате, несмотря на непрерывный приток тепла и на увеличение внутренней энергии тела, температура его за
все время плавления остается постоянной. Это значит, что в процессе плавления кинетическая энергия частиц не увеличивается, так как все получаемое кристаллом тепло тратится на разрушение кристаллической решетки, на увеличение их потенциальной энергии.
Все сказанное находит свое отражение в кривой рис. 1. Начиная с точки В (точки плавления), мы имеем резкий ска-, чок вверх, который показывает, что уве-
Температура личение внутренней энергии на данном 5Рис. к Энергетическая кривая интервале не сопровождается повыше-взаимных переходов твердого нием температуры тела. Отрезок ВС яв--и жидкого состояния вещества, ляется мерой той энергии, которая необходима для того, чтобы полностью расплавить кристалл, и которая поглощается в процессе плавления. Это и есть так называемая скрытая теплота плавления или просто теплота плавления (теплота кристаллизации). Начиная с точки С, твердое тело целиком превратилось в жидкость. Дальнейшее увеличение внутренней энергии вещества (находящегося теперь в жидком состоянии) опять сопровождается повышением температуры, причем подводимое тепло частью тратится на увеличение кинетической энергии молекул, частью же на работу, связанную с испарением.
В жидкости силы сцепления между частицами настолько малы, что уже не могут препятствовать их взаимному перемещению. Беспорядочное тепловое движение превалирует над действиями молекулярных сил, и в результате, в противоположность кристаллу, частицы распределяются в пространстве совершенно хаотически, беспорядочно. -Таким образом жидкость является изотропным состоянием вещества. Рис. 1 показывает, что в жидком состоянии вещество обладает большей внутренней энергией, чем в кристаллическом. В жидком состоянии частицы находятся на ббльших расстояниях, чем в кристалле. Их взаимная потенциальная энергия больше, чем потенциальная энергия кристаллической решетки на величину теплоты кристаллизации.
Вполне аналогичные явления происходят и при охлаждении вещества, при переходе из жидкого состояния в твердое, с той лишь раз-
ницей, что в точке перехода (которой попрежнему будет точка Тя) наблюдается уже не поглощение энергии, а ее выделение за счет освобождения потенциальной энергии вещества.
Итак, мы приходим к выводу, что внутренняя энергия жидкого состояния больше, чем внутренняя анергия твердого_кристалличе-ского тела. Устойчивость иЛи неустойчивость какого-либо состояния при данных температуре и давлении определяется соотношением между кинетической энергией теплового движения молекул и их потенциальной энергией в данном состоянии. Как известно, устойчивое равновесие возможно лишь в том случае, когда потенциальная энергия достигает для данной системы своего минимального значения. Внутри вещества мы всегда имеем тенденцию к такой перегруппировке его частиц, которая сопровождается уменьшением потенциальной энергии. Тепловое движение противодействует этой тенденции, и его интенсивностью в конечном счете решается вопрос о том, на каком уровне потенциальной энергии будет достигнуто равновесие.
