Между двумя атомами действует сила притяжения

Природе является кулоновской, следовательно, она убывает обратно пропорционально квадрату расстояния между атомами. Помимо силы притяжения, между атомами действует и сила взаим¬ного отталкивания, которая обратно пропорциональна расстоянию в степени n, где n больше 2. Складывая силы притяжения и отталкивания, получаем результирующую силу взаимодействия двух атомов (рис 1 а). При расстоянии между атомами, равном r0 силы притяжения и отталкивания взаимно компенсируют друг друга, результирующая сила взаимодействия равна нулю, и это расстояние является наиболее устойчивым.
Оценим энергию потенциального взаимодействия двух атомов как работу, с обратным знаком, по перемещению иона из бесконечности в данную точку.

Рис.1. Зависимость сил взаимодействия между атомами (а) и энергии потенциаль¬ного взаимодействия (б) от расстояния между атомами.

Из рисунка 1 видно, что при минимальной энергии потенциального взаимодействия расстояние между соседними ио¬нами равно rО. Увеличе¬ние энергии системы двух атомов (например, за счет роста тепловой энергии) ведет к появлению возможности взаимного смещения атомов относительно друг друга, причем с ростом энергии системы амплитуда колебаний возрастает. Другой интересной особенностью влияния темпера¬туры на свойства материалов является терми-ческое расшире¬ние. Как видно из рисунка 1 б, кривая потенциального взаимодействия (или потенциаль¬ная кривая) асимметрична, поэтому при росте температуры среднее расстояние между атомами увеличивается, и линейные размеры тел увеличиваются. Измене¬ние линейных размеров тела при нагреве описыва¬ется коэффициентом теплового расшире-ния: αТ = (1/L)(dL/dT). Как видно из , коэффициент теплового расширения снижается при увеличении глубины потенци-альной ямы.
В том случае, когда взаимодействует множество атомов, смещение любого из них приводит к росту энергии системы, Поэтому потенциальную кривую можно представить в виде периодической функ¬ции.
Для переброса атома из одного равновесного положения в другое требуется повышение энергии. Поэтому в том случае, когда энергия системы минимальна или незначительно отличается от минимальной, атомы не могут перемещаться из одного положения в другое, и мы имеем дело с твердым телом. При значительном повышении энергии системы атомы активно колеблются, обмениваются энергией - и в результате могут переходить из одного положения в другое. В этом случае мы имеем дело с жидким телом. Дальнейший рост энергии системы приводит к выходу атомов из потенциальной ямы, они перестают взаимодействовать друг с другом, могут занимать различные положения – и мы имеем дело с газом.
Увеличение глубины потенциальной ямы ведет к росту температуры плавления и температуры испарения вещества. Вместе с тем, увеличение глубины потенциальной ямы ведет к уменьшению коэффициента теплового расширения: αТ = (1/L)(dL/dT). Таким образом, вещества с большей температурой плавления, как правило, имеют меньший коэффициент термического расширения.
При воздействии на тело силовых полей (электрического, механического, магнитного) частицы тела смещаются из рав¬новесных положений. При этом могут реализовываться три случая.
1. Чем "круче" стенки потенциальной ямы, тем труднее осуществляется упругий бесгистерезисный процесс, в частности, растет модуль упругости материала.
2. упругогистерезисными (типичный пример - "неупругость" пружин) и характеризуются замкнутыми кривыми, назы¬ваемыми циклами гистерезиса.
3. то при снятии внешнего воздействия частицы в исходные положения не возвращаются, появляется остаточный эффект
Подводя итог сказанному выше, следует отметить, что увеличение глубины потенциальной ямы ведет к росту напряже¬ния течения при пластической деформации, увеличению модуля упругости, повышению температур плавления и испарения, к снижению коэффициента теплового расширения. Таким образом, зная одни свойства материала, можно прогнозировать другие свойства.

Powered by Drupal - Design by artinet