-->
|
|
|
Ãëàâà 1. Ýëåêòðîñòàòèêà § 1.5. Îöåíêà ïðåäåëà ïðî÷íîñòè è ìîäóëÿ Þíãà èîííûõ êðèñòàëëîâ
Ñ ïîìîùüþ çàêîíà Êóëîíà ìîæíî êîëè÷åñòâåííî îöåíèòü ìåõàíè÷åñêèå ñâîéñòâà èîííûõ êðèñòàëëîâ: îïðåäåëèòü ïðåäåë ïðî÷íîñòè êðèñòàëëîâ è âû÷èñëèòü (ïðèáëèæåííî) ìîäóëü Þíãà.  ìåõàíèêå ýòè âåëè÷èíû îïðåäåëÿþòñÿ ýêñïåðèìåíòàëüíî. Ñèëà âçàèìîäåéñòâèÿ äâóõ èîíîâÐàññìîòðèì èîííûé êðèñòàëë ïîâàðåííîé ñîëè NaCl. Ðàâíîâåñíîå ðàññòîÿíèå ìåæäó ñîñåäíèìè èîíàìè â êðèñòàëëå r0 ≈ 3 • 10-10 ì (ðèñ. 1.7).
Ýêñïåðèìåíòû ñ íàèáîëåå ïðî÷íûìè êðèñòàëëàìè ïîêàçûâàþò, ÷òî èõ ìàêñèìàëüíàÿ îòíîñèòåëüíàÿ äåôîðìàöèÿ ðàñòÿæåíèÿ ïåðåä ðàçðóøåíèåì íå ïðåâûøàåò 10—20%. Áóäåì ñ÷èòàòü ìàêñèìàëüíóþ îòíîñèòåëüíóþ äåôîðìàöèþ Çàðÿä êàæäîãî èîíà ïî ìîäóëþ ðàâåí ýëåìåíòàðíîìó çàðÿäó å. Ñîãëàñíî çàêîíó Êóëîíà ñèëà âçàèìîäåéñòâèÿ äâóõ èîíîâ íà ðàññòîÿíèè ã ðàâíà:
Òàêîâî ïî ïîðÿäêó âåëè÷èíû ìàêñèìàëüíîå çíà÷åíèå ñèëû ìåæèîííîé ñâÿçè. Ïðî÷íîñòü êðèñòàëëà ïðè ðàñòÿæåíèèÏðè ðàñòÿæåíèè îáðàçöà ïðåäåë ïðî÷íîñòè îïðåäåëÿåòñÿ ìàêñèìàëüíûì çíà÷åíèåì ðåçóëüòèðóþùåé ñèëû ìåæèîííîãî ïðèòÿæåíèÿ, ïðèõîäÿùåéñÿ íà ýëåìåíò ñå÷åíèÿ åäèíè÷íîé ïëîùàäè, ïåðïåíäèêóëÿðíûé íàïðàâëåíèþ ðàñòÿæåíèÿ. Åñëè íà ïîâåðõíîñòè ïëîùàäüþ S èìååòñÿ N ñâÿçåé (ò. å. èîíîâ), òî ïîëíàÿ ñèëà, äåéñòâóþùàÿ ìåæäó âñåìè èîíàìè â ñå÷åíèè, ïåðåä ðàçðóøåíèåì îáðàçöà ðàâíà F = NFmax. Îòñþäà ìàêñèìàëüíîå íàïðÿæåíèå
ãäå Fmax îïðåäåëÿåòñÿ ôîðìóëîé (1.5.1). Îöåíèì ýòó âåëè÷èíó. Äèàìåòð èîíà ïðèáëèæåííî ðàâåí ðàññòîÿíèþ ìåæäó èîíàìè â ðàâíîâåñèè, ò. å. r0. Òîãäà ÷èñëî èîíîâ (à çíà÷èò, è ñâÿçåé) â ñå÷åíèè åäèíè÷íîé ïëîùàäè ïðèáëèæåííî ðàâíî:
Ñëåäîâàòåëüíî, òåîðåòè÷åñêîå çíà÷åíèå ïðåäåëà ïðî÷íîñòè êðèñòàëëà NaCl ðàâíî:
Êîíå÷íî, íåëüçÿ ñ÷èòàòü, ÷òî ýòà îöåíêà ïîëó÷åíà ÷èñòî òåîðåòè÷åñêè, èñõîäÿ èç îïðåäåëåííûõ ïðåäñòàâëåíèé î ñòðîåíèè âåùåñòâà. Ìû âåäü çàèìñòâîâàëè èç ýêñïåðèìåíòà çíà÷åíèå εmax ïåðåä ðàçðóøåíèåì (ñì. ðèñ. 1.8, íà êîòîðîì ñõåìàòè÷åñêè èçîáðàæåí ðàçðûâ êðèñòàëëà). Îöåíêà ìîäóëÿ Þíãà×òîáû îöåíèòü ìîäóëü Þíãà, íóæíî ñäåëàòü åùå îäíî äîâîëüíî ãðóáîå äîïóùåíèå. Áóäåì ñ÷èòàòü, ÷òî çàêîí Ãóêà âûïîëíÿåòñÿ ïðè ëþáûõ äåôîðìàöèÿõ, âïëîòü äî ðàçðûâà. Òîãäà σï÷ = Åεmax, ãäå Å — ìîäóëü Þíãà. Îòñþäà
|
|
|