Николаев О.С.

Механические свойства жидких металлов.
Экстремальные свойства минимальных монокристаллов металлов

Oglavlenie pervoj chasti

Predislovie k pervoj chasti

V nastoyaschej rabote sdelana popitka rasshirit' predstavlenie chitatelej o prochnostnikh kharakteristikakh zhidkostej. Predstavlennie svedeniya ne pretenduyut na polnotu i okonchatel'nost'. V uchebnoj literature voprosu opredeleniya mekhanicheskikh svojstv zhidkostej udelyaetsya ochen' malo vnimaniya. Rabota sostoit iz chetirekh glav.

V pervoj obzornoj glave dayutsya kratkie svedeniya o stroenii zhidkostej i perechen' ikh osnovnikh svojstv po literaturnim istochnikam. Proizvoditsya sravnenie nekotorikh fizicheskikh svojstv zhidkikh i tverdikh tel.

Vo vtoroj glave privodyatsya osnovnie zakoni i sootnosheniya, kharakterizuyuschie mekhanicheskie svojstva tel. Khorosho izvestnie zakon Guka i izotermicheskij koeffitsient szhimaemosti. Rassmatrivaetsya svyaz' mekhanicheskikh svojstv metallov s teplovimi parametrami. Privodyatsya priblizhennie sposobi otsenok plotnosti metallov pri temperature kipeniya, kriticheskoj temperaturi i kriticheskoj plotnosti, koeffitsientov ob'emnogo rasshireniya zhidkikh metallov. Vo vsekh sluchayakh predpolagaetsya, chto rassmatrivayutsya fizicheskie svojstva chistikh metallov.

Tret'ya glava sostavlyaet isklyuchenie. Nekotorie polozheniya teplovogo sposoba opredeleniya mekhanicheskikh kharakteristik metallov trebuyut eksperimental'nogo podtverzhdeniya. Prosche vsego eto bilo sdelat' na primere khorosho dostupnoj, bezvrednoj zhidkosti, suschestvuyuschej v normal'nikh usloviyakh i imeyuschej sravnitel'no nebol'shoj temperaturnij diapazon zhidkogo sostoyaniya. Etim trebovaniyam udovletvoryaet voda. Dopolnitel'nim dovodom k rassmotreniyu svojstv vodi (normal'nogo izotopnogo sostava) yavilsya tot fakt, chto mnogie ee fizicheskie svojstva issledovalis' v pervuyu ochered', po sravneniyu s drugimi veschestvami i, sledovatel'no, davno izvestni.

Rassmotreni diagramma sostoyaniya vodi pri malikh davleniyakh, opisani svojstva zhidkogo sostoyaniya s pomosch'yu uravneniya Van-der-Vaal'sa, perechisleni svojstva kriticheskogo sostoyaniya veschestva i proizvedeni otsenki mekhanicheskikh svojstv vodi po teplovim parametram.

V chetvertoj glave teplovoj sposob otsenki mekhanicheskikh svojstv zhidkostej primenen k tselomu ryadu metallov, zanimayuschikh raznie kletki periodicheskoj tablitsi D.I.Mendeleeva i obladayuschie kakim-libo ekstremal'nim fizicheskim svojstvom.

Otsenki mekhanicheskikh svojstv proizvedeni dlya sleduyuschikh metallov: litiya, alyuminiya, berilliya, zheleza, vol'frama, rtuti i frantsiya. Vo vsekh sluchayakh, gde eto bilo vozmozhno, proizvodilis' sravneniya raschetnikh i tablichnikh znachenij rassmatrivaemikh parametrov metallov.

Prinyataya numeratsiya risunkov, tablits i formul skvoznaya dlya odnoj glavi. Naprimer, zapis' "formula 2.7" oznachaet, chto ee nuzhno iskat' vo vtoroj glave, a ee nomer sem'. V nachale pervoj glavi priveden spisok oboznachenij, prinyatikh v knige.

Soderzhanie vtoroj chasti

Vvedenie ko vtoroj chasti

Mnogie fizicheskie svojstva makroskopicheskikh obraztsov metallov doskonal'no issledovani. Rezul'tati issledovanij privedeni vo mnogikh spravochnikakh i v spetsial'noj literature. Odnako, fizicheskie svojstva sistem sostoyaschikh iz soten ili tisyach atomov maloizvestni ili vovse ne izvestni. Nastoyaschaya rabota posvyaschena fizicheskim svojstvam imenno takikh sistem.

Prochnostnie svojstva monokristallov metallov, chasto nazivaemie "usami" izvestni davno. O drugikh svojstvakh izvestno malo. Odnako, praktiki, rabotayuschie s malim kolichestvom veschestva stalkivalis' s ikh neobichnimi svojstvami. V chastnosti soobschali o tom, chto khrupkie tela v makrokolichestvakh (steklo, farfor, almaz...), v mikrokolichestvakh nachinayut proyavlyat' plasticheskie svojstva. Inache govorya, izmenyayut svoi fizicheskie svojstva. Vot, naprimer, chto pishet po etomu povodu v svoej knige starshij inzhener Ukrainskogo instituta sverkhtverdikh metallov N.S.Syadristij: "Imenno plastichnost'yu i ob'yasnyaetsya, na moj vzglyad, tot fakt, chto lyubie "khrupkie" veschestva nevozmozhno drobit' do beskonechnosti, tak kak pri opredelennom razmere chastichek veschestvo nachinaet vesti sebya plastichno, vo vsem mikroskopicheskom ob'eme, a ne tol'ko po poverkhnosti, kak predpolagaet P.A.Rebinder".

Fizicheskie svojstva veschestva v mikrokolichestvakh otlichayutsya ot tekh zhe svojstv, kogda eto zhe veschestvo imeetsya v makrokolichestvakh. K takim svojstvam v pervuyu ochered' nuzhno otnesti plastichnost', prochnost', teploprovodnost', elektroprovodnost', teplotu plavleniya, temperaturu plavleniya i drugie.

Sovsem nedavno vishla kniga inzhenera-metallurga S.I.Venetskogo, v kotoroj soobschayutsya interesnie fakti. Kanadskie fiziki s pomosch'yu elektronnogo mikroskopa issledovali mel'chajshie chastitsi indiya. Oni ustanovili lyubopitnij fakt: "Kogda razmer chastits indiya stanovitsya men'she nekotoroj velichini, ego temperatura plavleniya rezko ponizhaetsya. Tak, esli razmer chastits ne previshaet 30 angstrem, to oni plavyatsya pri temperature chut' vishe 40^o S, v to vremya kak obichno eto proiskhodit pri 156^o S. Stol' znachitel'nij skachok predstavlyaet dlya uchenikh nesomnennij interes. No proiskhozhdenie etogo effekta, dazhe dlya vidavshej vidi sovremennoj fiziki, poka ostaetsya zagadkoj: ved' teoriya protsessov plavleniya razrabativalas' primenitel'no k bol'shim massam veschestva, a v opitakh kanadskikh fizikov rasplavlyalis' "gomeopaticheskie" dozi indiya -- vsego neskol'ko tisyach atomov".

Ob'yasneniyu etogo fakta, a takzhe prichin izmeneniya svojstv veschestva v mikrokolichestvakh posvyaschena eta rabota. V ee osnove lezhit prostoe predpolozhenie. Fizicheskie svojstva obraztsov metalla izmenyayutsya pri perekhode ot makrokolichestv k mikrokolichestvu po prichine izmeneniya sootnosheniya utrachennikh i ostavshikhsya svyazej. Poskol'ku termin "mikrokolichestvo veschestva" rasplivchat, vvoditsya vpolne obosnovannij, termin "minimal'nij monokristall" -- MMK. Etim terminom nazivaetsya kolichestvo veschestva v intervale mass (ili geometricheskikh razmerov), gde poverkhnostnie atomi kristallov, utrativshie chast' svoikh mezhatomnikh svyazej, suschestvenno vliyayut na ikh fizicheskie svojstva takim obrazom, MMK kharakterizuet i kolichestvo veschestva i ego uporyadochennuyu strukturu.

Po etoj prichine v rabote snachala rassmatrivayutsya otvlechenno svojstva kubicheskikh reshetok metallov s tochki zreniya utrachennikh i ostavshikhsya atomnikh svyazej, a zatem sdelan perekhod k opredeleniyu fizicheskikh svojstv etikh zhe struktur dlya konkretnikh metallov. V kachestve etikh metallov vibrani alyuminij, vanadij, molibden, indij i polonij.

Opechatki

About the author

Nikolaev Oleg Semenovich

Fizik, okonchil Khar'kovskij gosuniversitet. Prepodaval fiziku v srednej shkole, na podgotovitel'nikh kursakh i v universitete imeni V. Dalya. Dlitel'noe vremya rabotal v dolzhnosti starshego nauchnogo sotrudnika NII upravlyayuschikh vichislitel'nikh mashin. Zanimalsya issledovaniyami fizicheskikh svojstv i rezhimami primeneniya novikh poluprovodnikovikh priborov i integral'nikh skhem v izdeliyakh vichislitel'noj tekhniki. Neskol'ko let prorabotal nachal'nikom laboratorii fiziko-khimicheskikh issledovanij v NPK «TEMP». Organizoval izmereniya elektricheskikh parametrov i issledovanie optimal'nikh rezhimov polyarizatsii p'ezokeramicheskikh elementov razlichnikh tipov. Yavlyaetsya avtorom okolo 30 pechatnikh rabot, sredi nikh 13 monografij, v tom chisle po fizike prochnosti chistikh metallov.