Cietu vielu īpašības

1. Cietu vielu īpašības
P. Puķītis.
Fizika 11. klasei: 61-67. lpp.

2. Cietu vielu īpašības nosaka
• daļiņu (atomu, molekulu) izvietojuma tuvā
kārtība - nosaka cietas vielas īpašības
• daļiņu (atomu, molekulu) izvietojuma tālā
kārtība - daļiņu sakārtojums ir regulārs pat
lielā attālumā (kristāliskās vielās, piemēram,
vārāmajā sālī, kvarcā un silīcijā)

3. Kristāliskas un amorfas vielas
http://www.dzm.lu.lv/fiz/IT/F_11/default.aspx@tabid=3&id=330.html

4. Amorfas vielasKristāliskas vielas
• Daļiņas veido telpisku režģi
• Kūst noteiktā temperatūrā
• Lūzt noteiktos virzienos,
saglabājot kristālam
raksturīgo formu
• Daļiņas izvietojas haotiski
• Kūst temperatūras intervālā
• Sadrūp nenoteiktas formas
gabalos
CIETAS VIELAS

5. Amorfas vielas
• Daļiņu izkārtojumā pastāv tikai tuvā kārtība,
fizikālās īpašības visā tilpumā ir vienādas –
izotropas.
• Amorfas vielas dabā nav stabilas,
ar laiku tās kristalizējas:
http://www.sievietespasaule.lv/skaistums_mode/skaistumkopsana/ka_veikt_medus_masazu_majas/http://www.la.lv/medus-parvertibas-ka-atski

6. Kristāliskas vielas
• Ar iedomātām līnijām savienojot blakus
esošos atomus, iegūst ģeometrisku figūru –
telpas režģi:
http://www.dzm.lu.lv/dbz/IT/D_10/default.aspx@tabid=13&id=227.html

7. Kristāliskas vielas
• Monokristāli – daļiņu sakārtojums ir regulārs
visā ķermeņa tilpumā.
• Polikristāli – sastāv no sīkiem, haotiski
saaugušiem monokristāliem.
http://hebeibaoli07.en.ec21.com/print_offer_detail.jsp?offer_id=OF0010238054http://hebeibaoli07.en.ec21.com/print_offer_detail.jsp?offer_id

8. Kristāliskas vielas
• Daļiņas sakārtojas telpas
režģos atbilstoši to
mijiedarbības potenciālās
enerģijas minimuma
principam.
• Eksistē 230 dažādi
sakārtojuma veidi.
• Vieni un tie paši atomi var
veidot dažādas fāzes, kurām
ir atšķirīgi telpas režģi
(alotropija):
http://www.escuelapedia.com/alotropia-d

9. Kristāliskas vielas
• Monokristāliem piemīt fizikālo īpašību anizotropija
– dažādos virzienos fizikālās īpašības ir atšķirīgas
– siltumvadāmība,
– elektriskā pretestība,
– gaismas laušana.
• Polikristālu īpašības ir izotropas (vienādas visā
tilpumā).
• Kristāla defekti – novirzes no daļiņu sakārtojuma
tālajā kārtībā, mainot vielas īpašības (pusvadītāji).

10. Šķidrie kristāli
• Noteiktā temperatūras intervālā ir šķidruma
īpašības, bet daļiņu izkārtojumam vienā virzienā
pastāv tālā kārtība.
• Elektriskajā laukā, pieslēdzot spriegumu, mainās
molekulu orientācija, tie vairs neatstaro gaismu
(liquid crystal display – LCD).
http://www.prlog.org/10505883-toshiba-55-sv-685-lcd-tv-reviews-published-by-televisionscom.html

11. Puķītis. Fizika 11. klasei. Praktiskie darbi. 34. lpp.
Lai izkliedētu pārdzesētus mākoņus un miglu, tajos ievada aukstuma aģentus — sausā
ledus daļiņas vai ledus veidojošas daļiņas (sudraba jodīdu u.c.), kas veicina kristāliska
ledus rašanos, kurš izkrīt no mākoņiem, samazinās tvaika spiediens, pilieni iztvaiko, un
mākoņi vai migla izklīst.
Stikls ir amorfa viela, bet vārāmā sāls - kristāliska
Šķidra viela pieņem trauka formu, daļiņas nav sakārtotas. Cietai kristāliskai vielai ir
noteikta forma, starp daļiņām pastāv tuvā un tālā kārtība.

12. Cietu vielu mehāniskās īpašības
• Ārēju spēku iedarbībā starp daļiņām mainās
attālumi un rodas elastības spēki.
• Ja vienā galā nostiprinātu stieni stiepj ar spēku
F, stienī rodas elastības spēks Fel un stienis
pagarinās par Δl
https://www.fizmix.lv/lat/fiztemas/vielu_fizikalas_ipasibas/cietas_vielas/

13. Cietu vielu mehāniskās īpašības
• Stieņa izmēru maiņu sauc par deformāciju.
• Deformācijas raksturošanai lieto lielumu
mehāniskais spriegums Ϭ (sigma).
• Mehāniskais spriegums rāda, cik liels spēks FϬ
darbojas uz stieņa šķērsgriezuma S laukuma vienību
https://www.fizmix.lv/lat/fiztemas/vielu_fizikalas_ipasibas/cietas_vielas/

14. Deformācija –
• ārējās iedarbības rezultātā
mainās ķermeņa izmēri
(tilpums) un forma
– elastīga deformācija – izzūd
pēc mijiedarbības beigšanās,
– plastiska deformācija –
saglabājas pēc mijiedarbības
beigšanās
– Sagraušana – pārsniegta
deformācijas izturības robeža

15. Deformācijas
http://www.youtube.com/watch?v=45QjojWiOEc

16. Cietu ķermeņu mehāniskās īpašības
• Tiek pārbaudītas eksperimentāli
– elastība
– cietība
– izturība u.c.
• Elastības robeža – maksimālais mehāniskais
spriegums, kuram pastāvot, vēl nerodas paliekoša
(plastiska) deformācija
http://www.certex.lv/lv/troses-
tehniskais-raksturojums/trauda-trou-
pagarinans-pabas__12900

17. Cietu ķermeņu mehāniskās īpašības
• Izturības robeža – maksimālais mehāniskais
spriegums, kuru var izturēt ķermenis. Pārsniedzot
šo spriegumu, ķermenis sabrūk.
• Formas atmiņas sakausējumi (FAS) – virs noteiktas
temperatūras, plastiski deformējot izveido noteiktu
formu. Atdzesējot formu var mainīt, bet sasildot tā
atjaunojas.
http://giphy.com/gifs/shape-rad-memory-
hmKwGS19jp89G

18. Cietu ķermeņu un šķidrumu termiskā
izplešanās
• Ja cietu ķermeni silda, palielinās tā izmēri: Δl=l- l0
• Relatīvais pagarinājums: Δl / l0
• Relatīvais pagarinājums tieši proporcionāls
temperatūras izmaiņai Δt = t – 0 = t
• Ja zināms stieples garums l0 temperatūrā t1=0 O
c, var
noteikt stieples garumu l temperatūrā t (α –
lineārās izplešanās termiskais koeficients)

19. Cietu ķermeņu un šķidrumu termiskā
izplešanās
• Ja cietu ķermeni silda, palielinās tā tilpums:
ΔV=V- V0
• Ja zināms ķermeņa tilpums V0 temperatūrā t1=0 O
c,
var noteikt tā tilpumu V temperatūrā t (β – tilpuma
izplešanās termiskais koeficients, β = 3α)
V = V0 (1 + βt)

20. https://en.wikipedia.org/wiki/Thermal_expansion
Cietu ķermeņu un šķidrumu termiskā
izplešanās

21. https://www.fizmix.lv/lat/fiztemas/vielu_fizikalas_ipasibas/cietas_vielas/

22. Cietu ķermeņu un šķidrumu termiskās
izplešanās likumsakarību pielietojums
• Veidojot ķermeni no dažādām vielām, tām jābūt ar
līdzīgiem izplešanās koeficientiem, lai nesaplīstu
(dzelzsbetons)
• Pildot šķidrumus traukos, jāņem vērā izplešanās
iespēja (naftas cisternas)
• Deformācijas šuves
• Bimetāla plāksnītes
(termoregulators tosterī,
gludeklī) http://how-toasters-
work.wikia.com/wiki/File:Bimetallic_strip_physics.gif

23. Puķītis. Fizika 11. klasei. Praktiskie darbi. 34. lpp.
B.
A.
MPa501050
102
100 6
6
=⋅=
⋅
= −
σ
00 l
SE
l
F
x
F
k
⋅
===
mNk /104
10
102102 4
611
⋅=
⋅⋅⋅
=
−

24. Puķītis. Fizika 11. klasei. Praktiskie darbi. 34. lpp.
D.
C.
lkF ∆⋅=
mmmm
k
F
l 5,2105,21025
104
100 34
4
=⋅=⋅=
⋅
==∆ −−
4
3
105.2
10
105,2 −
−
⋅=
⋅
=ξ

25. Cietu vielu kušana
• Kristāliskām vielām ir noteikta kušanas
temperatūra
• Kad sasniegta kušanas temperatūra, vielai pievadot
siltuma daudzumu Q, nemainās vielas temperatūra,
bet notiek fāžu pāreja no cietas šķidrā
• Dažādām ielām atšķiras īpatnējais kušanas siltums
λ (lamda)
• Lai izkausētu vielu, kuras masa ir m, vielai jāpievada
siltuma daudzums Q

26. Traukā atrodas 2 kg ūdens, kura t1=20 0
C. Ūdenī
pieber 1 kg sasmalcināta ledus, kura t2=-10 0
C.
Ūdens īpatnējā siltumietilpība c=4,2·103
J/(kg·K),
bet ledus īpatnējā siltumietilpība c=2,1·103
J/(kg·K)
A. Cik lielu siltuma daudzumu Q1 ir jāatdod ūdenim,
lai tas atdzistu līdz 0 0
C (jo ledus kūst 0 0
C)?
Q1= 4,2·103
·2 ·20= 168·103
J

27. Traukā atrodas 2 kg ūdens, kura t1=20 0
C. Ūdenī
pieber 1 kg sasmalcināta ledus, kura t2=-10 0
C.
Ūdens īpatnējā siltumietilpība c=4,2·103
J/(kg·K),
bet ledus īpatnējā siltumietilpība c=2,1·103
J/(kg·K)
B. Cik lielu siltuma daudzumu Q2 ir jāsaņem ledum,
lai tas sasiltu līdz 0 0
C (jo ledus kūst 0 0
C)?
Q2= 2,2·103
·1 ·10= 22·103
J

28. Traukā atrodas 2 kg ūdens, kura t1=20 0
C. Ūdenī
pieber 1 kg sasmalcināta ledus, kura t2=-10 0
C.
Ūdens īpatnējā siltumietilpība c=4,2·103
J/(kg·K),
bet ledus īpatnējā siltumietilpība c=2,1·103
J/(kg·K)
C. Paskaidro, vai tad, kad ledus ir sasilis līdz 0 0
C,
ūdens ir atdzisis līdz 0 0
C?
Ūdens atdod siltuma daudzumu Q1= 168·103
J
Ledus saņem siltuma daudzumu Q2= 22·103
J
Tā kā Q1 > Q2, viss ūdens vēl nebūs atdzisis, ledus
kusīs.

29. Traukā atrodas 2 kg ūdens, kura t1=20 0
C. Ūdenī
pieber 1 kg sasmalcināta ledus, kura t2=-10 0
C.
Ūdens īpatnējā siltumietilpība c=4,2·103
J/(kg·K),
bet ledus īpatnējā siltumietilpība c=2,1·103
J/(kg·K)
D. Noskaidro, vai viss ledus izkusīs? Ledus
īpatnējais kušanas siltums ir λ=334 kJ/kg
Ledus kušanai paliek siltuma daudzums
Q3 =Q1 -Q2 = 168·103
- 22·103
= 146·103
J
kg
Q
m 44,0
10334
10146
3
3
3
=
⋅
⋅
==
λ
Izkusīs daļa ledus (0,44 kg no 1 kg).

30. Traukā atrodas 2 kg ūdens, kura t1=20 0
C. Ūdenī
pieber 1 kg sasmalcināta ledus, kura t2=-10 0
C.
Ūdens īpatnējā siltumietilpība c=4,2·103
J/(kg·K),
bet ledus īpatnējā siltumietilpība c=2,1·103
J/(kg·K)
E. Cik liela temperatūra būs traukā, kad iestāsies
termodinamiskais līdzsvars?
Tā kā fāzu maiņa notiek 0 0
C, šajā temperatūrā
iestāsies termodinamiskais līdzsvars.

31. Traukā atrodas 2 kg ūdens, kura t1=20 0
C. Ūdenī
pieber 1 kg sasmalcināta ledus, kura t2=-10 0
C.
Ūdens īpatnējā siltumietilpība c=4,2·103
J/(kg·K),
bet ledus īpatnējā siltumietilpība c=2,1·103
J/(kg·K)
F. Cik kilogramu ūdens būs cietā fāzē, kad iestāsies
termodinamiskais līdzsvars?
D. jautājumā tika aprēķināts, ka izkusīs 0,44 kg
ledus. Tātad cietā fāzē paliks m= 1 - 0,44 = 0,56 kg
ledus.

32. Traukā atrodas 2 kg ūdens, kura t1=20 0
C. Ūdenī
pieber 1 kg sasmalcināta ledus, kura t2=-10 0
C.
Ūdens īpatnējā siltumietilpība c=4,2·103
J/(kg·K),
bet ledus īpatnējā siltumietilpība c=2,1·103
J/(kg·K)
G. Cik kilogramu ūdens būs šķidrā fāzē, kad
iestāsies termodinamiskais līdzsvars?
Kopējā masa traukā ir m = 2 + 1 = 3 kg.
Cietā fāzē paliks 0,56 kg ledus.
Šķidrā fāzē traukā būs m = 3 - 0,56 = 2,44 kg ūdens.

33. Sublimācija un desublimācija
• Sublimācija – cietviela pāriet tvaikā
• Desublimācija – no tvaika veidojas kristāliņi
http://giphy.com/gifs/physics-sublimation-
ZaUohCiJxIzkc
http://www.kasjauns.lv/lv/lielasbildes/309
/ledus-pukes

34. Vielu stāvokļa diagramma
https://www.fizmix.lv/lat/fiztemas/vielu_fizikalas_ipasibas/faze_un_fazu_parejas/

35. Papildus informācijas avoti:
• http://www.uzdevumi.lv/p/fizika/11-klase/vielu-fizikalas-ipasibas-7363/re-
ad9bfc57-e8bd-49c3-b44a-cf4cf8bcc21d
• http://www.dzm.lu.lv/fiz/IT/F_11/default.aspx@tabid=3&id=330.html
• https://www.fizmix.lv/lat/fiztemas/vielu_fizikalas_ipasibas/cietas_vielas/
• https://www.fizmix.lv/lat/fiztemas/speki_un_mijiedarbiba/speki_daba_un_te
hnika/elastibas_speks/
• Свойства твердых тел
http://interneturok.ru/ru/school/physics/10-klass/osnovy-molekulyarno-
kineticheskoy-teorii/svoystva-tverdyh-tel?seconds=0&chapter_id=119
Videostundas krievu valodā:

36. JAUTĀJUMI?