твёрдый — Викисловарь
Содержание
- 1 Русский
- 1.1 Морфологические и синтаксические свойства
- 1.2 Произношение
- 1.3 Семантические свойства
- 1.3.1 Значение
- 1.3.2 Синонимы
- 1.3.3 Антонимы
- 1.3.4 Гиперонимы
- 1.3.5 Гипонимы
- 1.4 Родственные слова
- 1.5 Этимология
- 1.6 Фразеологизмы и устойчивые сочетания
- 1.7 Перевод
Морфологические и синтаксические свойства[править]
| падеж | ед. ч. | мн. ч. | |||
|---|---|---|---|---|---|
| муж. р. | ср. р. | жен. р. | |||
| Им. | твёрдый | твёрдое | твёрдая | твёрдые | |
| Рд. | твёрдого | твёрдого | твёрдой | твёрдых | |
| твёрдому | твёрдому | твёрдой | твёрдым | ||
| Вн. | одуш. | твёрдого | твёрдое | твёрдую | твёрдых |
| неод. | твёрдый | твёрдые | |||
| Тв. | твёрдым | твёрдым | твёрдой твёрдою | твёрдыми | |
| Пр. | твёрдом | твёрдом | твёрдой | твёрдых | |
| Кратк. форма | твёрд△ | твёрдо△ | твёрды△ тверды́ | ||
твёр-дый
Прилагательное, качественное, тип склонения по классификации А. Зализняка — 1a/c’. Сравнительная степень — твёрже.
Корень: -твёрд-; окончание: -ый [Тихонов, 1996].
Произношение[править]
- МФА: [ˈtvʲɵrdɨɪ̯]
ru.wiktionary.org
Значение слова «твёрдый»
твёрдая, твёрдое; твёрд, тверда́, твёрдо, твёрды и тверды́; твёрже.1. Плохо поддающийся растяжению, сжатию, сдавливанию, резанию и другим физическим воздействиям.
Твердый панцирь. Твердый грунт, наст. Твердый картон. Книга в твердом переплете. Ввести в рацион ребенка твердую пищу.
2. только полн. ф. Плохо поддающийся обработке вследствие высокой сопротивляемости; сделанный с использованием такого материала.
Хром — твердый металл. Дуб, бук, ясень — твердые породы древесины. Твердый карандаш
(с грифелем из такого графита).3. Шероховатый, негладкий, грубый на ощупь; толстый, плотный.
Твердая кожа. Твердая мозоль.
4. только полн. ф. Физ.Хим.Характеризующийся стабильностью формы и объема при постоянной температуре, в отличие от жидкого и газообразного; имеющий такие свойства.
Твердое и жидкое топливо. Твердые электролиты. Твердые сплавы. Твердые растворы. Твердая фаза почвы. Твердые частицы в атмосфере. Реакции с участием твердых веществ. Лед — твердое состояние воды. Прочностная характеристика твердого материала.
твердое тело
Физ.Агрегатное состояние вещества, физическое тело, характеризующееся стабильностью формы и характером теплового движения атомов, которые совершают малые колебания около положений равновесия.
твердые растворы
См. Раствор.
5. Устойчивый, не шаткий.
Твердая опора повышает точность выстрела. Нащупать твердую почву под ногами.
6. Перен.Стойкий, непреклонный, уверенный, проникнутый сознанием своих умений, силы; выражающий такие качества характера.
Твердый характер, дух. Твердая воля. Быть недостаточно твердым в принятии решений. Твердый голос командира успокоил солдат. Твердая рука воина. Твердые шаги.
7. Перен.Неизменный, нерушимый, непоколебимый; прочно установившийся, не допускающий нарушений, отклонений.
Твердые установки. Твердая гражданская позиция. Твердые жизненные ориентиры. Его обещания тверды. Твердое намерение. Дать твердое слово. Твердые правила, привычки. Твердый авторитет. Твердая власть. Твердое руководство театром.
8. Перен.Прочный, хороший, безошибочный.
Твердые знания. Твердая память.
9. только полн. ф. Разг.Перен.Постоянно и уверенно демонстрирующий определенный уровень знаний, свидетельствующий о таких знаниях (о школьниках и школьных оценках).
Твердый хорошист. Твердая пятерка по математике.
10. только полн. ф. Полит.Характеризующийся постоянством во взглядах, убеждениях.
Твердый приверженец демократии. Твердый электорат либералов.
11. только полн. ф. Экон.Устойчивый, стабильный; заранее оговоренный и не подлежащий изменению ни при каких условиях.
Твердый доход. Твердая экономическая основа. Твердая финансовая политика. Твердая цена. Твердая смета. Твердый тариф. Твердая налоговая ставка.
твердая валюта
См. Валюта (2 зн.).
12. Прямой, четкий, резкий, ровный (об очертаниях).
Твердый рисунок губ. Твердый профиль. Твердые линии волевого подбородка. Твердый почерк.
13. только полн. ф. Лит.Канонический, характеризующийся сложившимися, заранее заданными метрикой, рифмой, порядком следования стихов и т. д.
Рондо и сонет — твердые формы. Онегинская строфа — твердая строфа.
14. только полн. ф. Мед.Состоящий из костной, хрящевой ткани, зубной эмали или дентина.
Твердые ткани. Твердое небо. Твердая мозговая оболочка.
неправильно! какой сыр т[ве́]рже?
rus-gos.spbu.ru
Значение слова ТВЁРДЫЙ. Что такое ТВЁРДЫЙ?
ТВЁРДЫЙ, —ая, —ое; твёрд, тверда́, твёрдо, твёрды и тверды́; твёрже.
2. Такой, который с трудом поддается сжатию, сгибанию, резанию и другим физическим воздействиям; противоп. мягкий. Твердый грунт. Твердые сорта древесины. Твердое яблоко. Твердый карандаш (с крепким графитом). □ Вырыть щели в твердой как камень земле было невозможно. В. Кожевников, Декабрь под Москвой. || Жесткий на ощупь. Руки покрылись кожею, твердою, как подошва, от тяжких трудов пашни. Чернышевский, Современное обозрение.
3. перен. Такой, который устоит, не отступит перед чем-л., останется верным своим убеждениям, целям, намерениям; стойкий, непоколебимый.
4. перен. Такой, от которого не отступают, которому не изменяют; неколебимый, нерушимый. Твердое решение. □ — Царь, о царь, помилуй!.. — залепетал приговоренный —. Но царь — произнес коротко: — Уведите его… Отрубите ему голову. Слово царя твердо, как агат. Куприн, Счастье. Взяв свой чемодан, она ушла из комнаты с твердым намерением больше сюда не возвращаться. Чаковский, У нас уже утро.
5. Устойчивый, не шаткий. Грузовик остановился, и под ногами ощутилась твердая, не колеблющаяся опора. Солоухин, Владимирские проселки. || Прочно установившийся, без нарушений, отклонений.
6. Ясный, отчетливый, безошибочный. Твердые знания. □ Набоб вообще не отличался особенно твердой памятью и скоро забывал даже самые остроумные анекдоты. Мамин-Сибиряк, Горное гнездо. || в чем. Отчетливо, хорошо знающий что-л.; хорошо сведущий в чем-л. [Учитель Петр Степанович] 344 ума был великого и в науках тверд. Достоевский, Подросток. Так могла писать только искренняя, добродушная женщина, далеко не безграмотная, хотя и не твердая в мягких знаках. Боборыкин, Василий Теркин.
7.
8. Резких, прямых, отчетливых очертаний, линий (о чертах лица). Подбородок был волевой, линия крупного рта была тверда, и очень хороша была улыбка. Николаева, Повесть о директоре МТС… Она напоминала Славу и голосом —, и улыбкой, и отчетливым твердым рисунком лба и носа. Н. Чуковский, Балтийское небо.
◊
Твердый знакkartaslov.ru
📌 ТВЁРДЫЙ — это… 🎓 Что такое ТВЁРДЫЙ?
ТВЁРДЫЙ
твёрдая, твёрдое; твёрд, тверда́, твёрдо и твердо́.
1. Способный сохранять неизменными свою форму и размер, не имеющий свойства течь, растекаться; противоп. жидкий (физ.). Твердое тело. Граница между твердым и жидким состоянием тела не является абсолютной.
2. Такой, что нельзя смять, не уступающий давлению, жесткий, крепкий; противоп. мягкий. Кусок хлеба, твердый как камень. Волны разбиваются о твердые скалы. Твердая, засохшая глина. Твердая кожа. Твердое нёбо (анат.).
3. перен. Непоколебимый, стойкий, лишенный сомнений, свободный от изменчивости. «Услышишь суд глупца и смех толпы холодной, но ты останься тверд, спокоен и угрюм.» Пушкин
|| Проникнутый уверенностью и решительностью (о внешности).
4. Отчетливый, ясный, безошибочный. В здравом уме и твердой памяти. Твердые знания. Твердо (нареч.) запомнить, выучить что-н. Пьеса юным скрипачом была сыграна не твердо (нареч.).
|| только кратк. формы, преимущ. с отриц. Отчетливо, ясно, безошибочно знающий что-н. (разг.). В математике он оказался не тверд.5. Устойчивый, не шаткий, уверенный. Идти твердым шагом. Ребенок уже твердо
|| перен. Прочный, устойчивый, установления. Твердая власть. Твердый курс биржевых ценностей. Купить что-н. по твердым ценам.
6. Предустановленный, не подлежащий произвольным изменениям. Работа должна быть закончена в твердые сроки. Дать кому-н. твердое задание. Твердое задание (вид обложения кулацких хозяйств; нов. истор.). Твердые обязательства.
7. Произносимый без приближения средней части языка к твердому нёбу, не смягченный; противоп. мягкий (о согласных звуках; лингв.). Твердые согласные. Звук “ц” произносится твердо.
❖ Твердый знак — школьное название буквы “ъ”.
Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935-1940.
dic.academic.ru
свойства, строение, плотность и примеры
Твердыми называют такие вещества, которые способны образовывать тела и имеют объем. От жидкостей и газов они отличаются своей формой. Твердые вещества сохраняют форму тела благодаря тому, что их частицы не способны свободно перемещаться. Они отличаются по своей плотности, пластичности, электропроводности и цвету. Также у них есть и другие свойства. Так, например, большинство данных веществ плавятся во время нагревания, приобретая жидкое агрегатное состояние. Некоторые из них при подогреве сразу же превращаются в газ (возгоняются). Но есть еще и те, которые разлагаются на иные вещества.
Виды твердых веществ
Все твердые вещества подразделяют на две группы.
- Аморфные, в которых отдельные частицы располагаются хаотично. Другими словами: в них нет четкой (определенной) структуры. Эти твердые вещества способны плавиться в каком-то установленном промежутке температур. К самым распространенным из них можно отнести стекло и смолу.
- Кристаллические, которые, в свою очередь, подразделяются на 4 типа: атомные, молекулярные, ионные, металлические. В них частицы располагаются только по определенной схеме, а именно в узлах кристаллической решетки. Ее геометрия в разных веществах может сильно различаться.
Твердые кристаллические вещества преобладают над аморфными по своей численности.
Типы кристаллических твердых веществ
В твердом состоянии практически все вещества имеют кристаллическую структуру. Они отличаются своим строением. Кристаллические решетки в своих узлах содержат различные частицы и химические элементы. Именно в соответствии с ними они и получили свои названия. У каждого типа имеются характерные для него свойства:
- В атомной кристаллической решетке частицы твердого вещества связаны ковалентной связью. Она отличается своей прочностью. Благодаря этому такие вещества отличаются высокой температурой плавления и кипения. К этому типу относятся кварц и алмаз.
- В молекулярной кристаллической решетке связь между частицами отличается своей слабостью. Вещества такого типа характеризуются легкостью закипания и плавления. Они отличаются летучестью, благодаря которой имеют определенный запах. К таким твердым телам относятся лед, сахар. Движения молекул в твердых веществах этого типа отличаются своей активностью.
- В ионной кристаллической решетке в узлах чередуются соответствующие частицы, заряженные положительно и отрицательно. Они удерживаются электростатическим притяжением. Данный тип решетки существует в щелочах, солях, основных оксидах. Многие вещества этого вида легко растворяются в воде. Благодаря достаточно прочной связи между ионами они тугоплавки. Практически все они не имеют запаха, поскольку для них характерна нелетучесть. Вещества с ионной решеткой неспособны проводить электрический ток, поскольку в их составе нет свободных электронов. Типичный пример ионного твердого вещества – поваренная соль. Такая кристаллическая решетка придает ей хрупкость. Это связано с тем, что любой ее сдвиг может привести к возникновению сил отталкивания ионов.
- В металлической кристаллической решетке в узлах присутствуют только ионы химических веществ, заряженные положительно. Между ними есть свободные электроны, через которые отлично проходит тепловая и электрическая энергия. Именно поэтому любые металлы отличаются такой особенностью, как проводимость.
Общие понятия о твердом теле
Твердые тела и вещества – это практически одно и то же. Этими терминами называют одно из 4 агрегатных состояний. Твердые тела имеют стабильную форму и характер теплового движения атомов. Причем последние совершают малые колебания рядом с положениями равновесия. Раздел науки, занимающийся изучением состава и внутренней структуры, называют физикой твердого тела. Существуют и другие важные области знаний, занимающиеся такими веществами. Изменение формы при внешних воздействиях и движении называют механикой деформируемого тела.
Благодаря различным свойствам твердых веществ они нашли применение в разных технических приспособлениях, созданных человеком. Чаще всего в основе их употребления лежали такие свойства, как твердость, объем, масса, упругость, пластичность, хрупкость. Современная наука позволяет использовать и другие качества твердых веществ, которые можно обнаружить исключительно в лабораторных условиях.
Что такое кристаллы
Кристаллы – это твердые тела с расположенными в определенном порядке частицами. Каждому химическому веществу соответствует своя структура. Его атомы образуют трехмерно-периодическую укладку, называемую кристаллической решеткой. Твердые вещества обладают различной симметрией структуры. Кристаллическое состояние твердого тела считается устойчивым, поскольку имеет минимальное количество потенциальной энергии.
Подавляющее большинство твердых материалов (природных) состоит из огромного числа беспорядочно ориентированных отдельных зерен (кристаллитов). Такие вещества называют поликристаллическими. К ним относят технические сплавы и металлы, а также множество горных пород. Монокристаллическими называют одиночные природные или синтетические кристаллы.
Чаще всего такие твердые тела образуются из состояния жидкой фазы, представленного расплавом или раствором. Иногда их получают и из газообразного состояния. Этот процесс называют кристаллизацией. Благодаря научно-техническому прогрессу процедура выращивания (синтеза) различных веществ получила промышленный масштаб. Большинство кристаллов имеет естественную форму в виде правильных многогранников. Их размеры бывают самыми разными. Так, природный кварц (горный хрусталь) может весить до сотен килограммов, а алмазы – до нескольких грамм.
В аморфных твердых телах атомы находятся в постоянном колебании вокруг хаотически находящихся точек. В них сохраняется определенный ближний порядок, но отсутствует дальний. Это обусловлено тем, что их молекулы расположены на расстоянии, которое можно сравнить с их размером. Наиболее часто встречающимся в нашей жизни примером такого твердого вещества является стеклообразное состояние. Аморфные вещества часто рассматриваются как жидкость с бесконечно большой вязкостью. Время их кристаллизации иногда так велико, что и вовсе не проявляется.
Именно вышеперечисленные свойства данных веществ делают их уникальными. Аморфные твердые тела считаются нестабильными, поскольку со временем могут перейти в кристаллическое состояние.
Молекулы и атомы, из которых состоит твердое вещество, упакованы с большой плотностью. Они практически сохраняют свое взаимоположение относительно иных частиц и держатся вместе благодаря межмолекулярному взаимодействию. Расстояние между молекулами твердого вещества в различных направлениях именуют параметром кристаллической решетки. Структура вещества и ее симметричность определяют множество свойств, таких как электронная зона, спайность и оптика. При воздействии на твердое вещество достаточно большой силы эти качества могут быть в той или иной степени нарушены. При этом твердое тело поддается остаточной деформации.
Атомы твердых тел совершают колебательные движения, которыми обусловлено обладание ими тепловой энергией. Поскольку они ничтожно малы, их можно наблюдать только при лабораторных условиях. Молекулярное строение твердого вещества во многом влияет на его свойства.
Изучение твердых веществ
Особенности, свойства данных веществ, их качества и движение частиц изучаются различными подразделами физики твердого тела.
Для исследования используются: радиоспектроскопия, структурный анализ при помощи рентгена и другие методы. Так изучаются механические, физические и тепловые свойства твердых веществ. Твердость, сопротивление нагрузкам, предел прочности, фазовые превращения изучает материаловедение. Оно в значительной степени перекликается с физикой твердых тел. Существует и другая важная современная наука. Исследование существующих и синтезирование новых веществ проводятся химией твердого состояния.
Особенности твердых веществ
Характер движения внешних электронов атомов твердого вещества определяет многие его свойства, например, электрические. Существует 5 классов таких тел. Они установлены в зависимости от типа связи атомов:
- Ионная, основной характеристикой которой является сила электростатического притяжения. Ее особенности: отражение и поглощение света в инфракрасной области. При малой температуре ионная связь отличается малой электропроводностью. Примером такого вещества является натриевая соль соляной кислоты (NaCl).
- Ковалентная, осуществляемая за счет электронной пары, которая принадлежит обоим атомам. Такая связь подразделяется на: одинарную (простую), двойную и тройную. Эти названия говорят о наличии пар электронов (1, 2, 3). Двойные и тройные связи называют кратными. Существует еще одно деление этой группы. Так, в зависимости от распределения электронной плотности выделяют полярную и неполярную связь. Первая образуется разными атомами, а вторая – одинаковыми. Такое твердое состояние вещества, примеры которого — алмаз (С) и кремний (Si), отличается своей плотностью. Самые твердые кристаллы относятся именно к ковалентной связи.
- Металлическая, образующаяся путем объединения валентных электронов атомов. В результате чего возникает общее электронное облако, которое смещается под воздействием электрического напряжения. Металлическая связь образуется тогда, когда связываемые атомы большие. Именно они способны отдавать электроны. У многих металлов и сложных соединений данной связью образуется твердое состояние вещества. Примеры: натрий, барий, алюминий, медь, золото. Из неметаллических соединений можно отметить следующие: AlCr2, Ca2Cu, Cu5Zn8. Вещества с металлической связью (металлы) разнообразны по физическим свойствам. Они могут быть жидкими (Hg), мягкими (Na, K), очень твердыми (W, Nb).
- Молекулярная, возникающая в кристаллах, которые образуются отдельными молекулами вещества. Ее характеризуют промежутки между молекулами с нулевой электронной плотностью. Силы, связывающие атомы в таких кристаллах, значительны. При этом молекулы притягиваются друг к другу только слабым межмолекулярным притяжением. Именно поэтому связи между ними легко разрушаются при нагревании. Соединения между атомами разрушаются намного сложнее. Молекулярная связь подразделяется на ориентационную, дисперсионную и индукционную. Примером такого вещества является твердый метан.
- Водородная, которая возникает между положительно поляризованными атомами молекулы или ее части и отрицательно поляризованной наименьшей частицей иной молекулы либо другой части. К таким связям можно отнести лед.
Свойства твердых веществ
Что нам известно на сегодняшний день? Ученые давно изучают свойства твердого состояния вещества. При воздействии на него температур изменяется и оно. Переход такого тела в жидкость называют плавлением. Трансформация твердого вещества в газообразное состояние называется сублимацией. При понижении температуры происходит кристаллизация твердого тела. Некоторые вещества под действием холода переходят в аморфную фазу. Этот процесс ученые называют стеклованием.
При фазовых переходах изменяется внутренняя структура твердых тел. Наибольшую упорядоченность она приобретает при понижении температуры. При атмосферном давлении и температуре Т > 0 К любые вещества, существующие в природе, затвердевают. Только гелий, для кристаллизации которого нужно давление в 24 атм, составляет исключение из этого правила.
Твердое состояние вещества придает ему различные физические свойства. Они характеризуют специфическое поведение тел под воздействием определенных полей и сил. Эти свойства подразделяют на группы. Выделяют 3 способа воздействия, соответствующие 3 видам энергии (механической, термической, электромагнитной). Соответственно им существует 3 группы физических свойств твердых веществ:
- Механические свойства, связанные с напряжением и деформацией тел. По этим критериям твердые вещества делят на упругие, реологические, прочностные и технологические. В покое такое тело сохраняет свою форму, но оно может изменяться под действием внешней силы. При этом его деформация может быть пластической (начальный вид не возвращается), упругой (возвращается в первоначальную форму) или разрушительной (при достижении определенного порога происходит распад/разлом). Отзыв на прилагаемое усилие описывают модулями упругости. Твердое тело сопротивляется не только сжатию, растяжению, но и сдвигам, кручению и изгибам. Прочностью твердого тела называют его свойство сопротивляться разрушению.
- Термические, проявляющиеся при воздействии тепловых полей. Одно из самых важных свойств – температура плавления, при которой тело переходит в жидкое состояние. Оно отмечается у кристаллических твердых веществ. Аморфные тела обладают скрытой теплотой плавления, поскольку их переход в жидкое состояние при повышении температуры происходит постепенно. По достижении определенной теплоты аморфное тело теряет упругость и приобретает пластичность. Это состояние означает достижение им температуры стеклования. При нагревании происходит деформация твердого тела. Причем оно чаще всего расширяется. Количественно это состояние характеризуется определенным коэффициентом. Температура тела влияет на такие механические характеристики, как текучесть, пластичность, твердость и прочность.
- Электромагнитные, связанные с воздействием на твердое вещество потоков микрочастиц и электромагнитных волн большой жесткости. К ним условно относят и радиационные свойства.
Зонная структура
Твердые вещества классифицируются и по так называемой зонной структуре. Так, среди них различают:
- Проводники, отличающиеся тем, что зоны их проводимости и валентности перекрываются. При этом электроны могут перемещаться между ними, получая малейшую энергию. К проводникам относятся все металлы. При приложении к такому телу разности потенциалов образуется электрический ток (благодаря свободному передвижению электронов между точками с наименьшим и большим потенциалом).
- Диэлектрики, зоны которых не перекрываются. Интервал между ними превышает 4 эВ. Для проведения электронов из валентной в проводимую зону необходима большая энергия. Благодаря таким свойствам диэлектрики практически не проводят ток.
- Полупроводники, характеризующиеся отсутствием зон проводимости и валентности. Интервал между ними меньше 4 эВ. Для перевода электронов из валентной в проводимую зону необходима энергия меньшая, чем для диэлектриков. Чистые (нелегированные и собственные) полупроводники плохо пропускают ток.
Движения молекул в твердых веществах обуславливают их электромагнитные свойства.
Другие свойства
Твердые тела подразделяются и по своим магнитным свойствам. Есть три группы:
- Диамагнетики, свойства которых мало зависят от температуры или агрегатного состояния.
- Парамагнетики, являющиеся следствием ориентации электронов проводимости и магнитных моментов атомов. Согласно закону Кюри, их восприимчивость убывает пропорционально температуре. Так, при 300 К она составляет 10-5.
- Тела с упорядоченной магнитной структурой, обладающие дальним порядком атомов. В узлах их решетки периодически располагаются частицы с магнитными моментами. Такие твердые тела и вещества часто используются в разных сферах деятельности человека.
Самые твердые вещества в природе
Какие же они? Плотность твердых веществ во многом определяет их твердость. За последние годы ученые открыли несколько материалов, которые претендуют на звание «наиболее прочного тела». Самое твердое вещество – это фуллерит (кристалл с молекулами фуллерена), который примерно в 1,5 раза тверже алмаза. К сожалению, он пока доступен только в крайне малых количествах.
На сегодняшний день самое твердое вещество, которое в дальнейшем, возможно, будет использоваться в промышленности, – лонсдейлит (гексагональный алмаз). Он на 58% тверже бриллианта. Лонсдейлит – аллотропная модификация углерода. Его кристаллическая решетка очень напоминает алмазную. Ячейка лонсдейлита содержит 4 атома, а бриллианта – 8. Из широко используемых кристаллов на сегодня самым твердым остается алмаз.
fb.ru
📌 Твёрдое тело — это… 🎓 Что такое Твёрдое тело?
Модель расположения атомов в кристалле твёрдого телаТвёрдое тело — это одно из четырёх агрегатных состояний вещества, отличающееся от других агрегатных состояний (жидкости, газов, плазмы) стабильностью формы и характером теплового движения атомов, совершающих малые колебания около положений равновесия[1].
Описание
Схематическое изображение атомной структуры неупорядоченного аморфного (слева) и упорядоченного кристаллического (справа) твёрдого тела.
Различают кристаллические и аморфные твёрдые тела (см. дальний и ближний порядок). Кристаллы характеризуются пространственною периодичностью в расположении равновесных положений атомов. В аморфных телах атомы колеблются вокруг хаотически расположенных точек[1]. Согласно классическим представлениям, устойчивым состоянием (с минимумом потенциальной энергии) твёрдого тела является кристаллическое. Аморфное тело находится в метастабильном состоянии и с течением времени должно перейти в кристаллическое состояние, однако время кристаллизации часто столь велико, что метастабильность вовсе не проявляется.
- Атомы и молекулы, составляющие твёрдое тело, плотно упакованы вместе. Другими словами, молекулы твёрдого тела практически сохраняют своё взаимное положение относительно других молекул[2] и удерживаются между собой межмолекулярным взаимодействием.
- Многие твёрдые тела содержат в себе кристаллические структуры. В минералогии и кристаллографии под кристаллической структурой подразумевается определённый порядок атомов в кристалле. Кристаллическая структура состоит из элементарных ячеек, набора атомов расположенных в особенном порядке, который периодически повторяется во всех направлениях пространственной решётки. Расстояния между элементами этой решётки в различных направлениях называют параметром этой решётки. Кристаллическая структура и симметричность играют роль в определении множества свойств, таких как спайность кристалла, электронная зонная структура и оптические свойства.
- При применении достаточной силы любое из этих свойств может быть нарушено, вызывая остаточную деформацию.
- Твёрдые тела обладают тепловой энергией, следовательно их атомы совершают колебательное движение. Тем не менее это движение незначительно и не может наблюдаться или быть почувствованным при нормальных условиях.
Раздел физики, изучающий твёрдые тела называется физикой твёрдого тела (подраздел физики конденсированных сред), развитие которого стимулируется потребностями техники. В свою очередь, физика твёрдого тела разделилась на ряд областей, обособление которых происходит путём выделения либо объекта исследования (физика металлов, физика полупроводников, физика магнетиков и других), либо метода исследования (рентгеновский структурный анализ, радиоспектроскопия и тому подобное), либо определенных свойств (механических, тепловых и так )[1].
Материаловедение главным образом рассматривает вопросы, связанные со свойствами твёрдых тел, такими как твёрдость, предел прочности, сопротивление материала нагрузкам, а также фазовые превращения. Это значительным образом совпадает с вопросами, изучаемыми физикой твёрдого тела. Химия твёрдого состояния перекрывает вопросы, рассматриваемые обоими этими разделами знаний, но особенно затрагивает вопросы синтезирования новых материалов.
Исследования свойств твердых тел объединились в большую область — физику твердого тела, развитие которой стимулируется потребностями техники. В свою очередь, физика твердого тела разделилась на ряд областей, обособление которых происходит путем выделения либо объекта исследования (физика металлов, физика полупроводников, физика магнетиков и др.), либо метода исследования (рентгеновский структурный анализ, радиоспектроскопия и т. п.), либо определенных свойств (механических, тепловых и т. д.).
Легчайшим известным твёрдым материалом является аэрогель. Некоторые виды аэрогеля имеют плотность 1.9 мг/см³ или 1.9 кг/м³ (1/530 плотности воды).
Классификация твёрдых тел
Выделяют твёрдые тела с ионной, ковалентной, металлической и другими типами связи между атомами. Электрические и некоторые другие свойства твердых тел, в основном, определяются характером движения внешних электронов его атомов[1].
По виду зонной структуры твёрдые тела классифицируют на проводники, полупроводники и диэлектрики.
- проводники — зона проводимости и валентная зона перекрываются, таким образом электрон может свободно перемещаться между ними, получив любую допустимо малую энергию. Таким образом, при приложении к твердому телу разности потенциалов, электроны смогут свободно двигаться из точки с меньшим потенциалом в точку с большим, образуя электрический ток. К проводникам относят все металлы.
- полупроводники — зоны не перекрываются и расстояние между ними составляет менее 4эВ. Для того, чтобы перевести электрон из валентной зоны в зону проводимости требуется энергия меньшая, чем для диэлектрика, поэтому чистые (собственные, нелегированные) полупроводники слабо пропускают ток.
- диэлектрики — зоны не перекрываются и расстояние между ними составляет более 4эВ. Таким образом, для того, чтобы перевести электрон из валентной зоны в зону проводимости требуется значительная энергия, поэтому диэлектрики ток практически не проводят.
По магнитным свойствам твёрдые тела делятся на диамагнетики, парамагнетики и тела с упорядоченной магнитной структурой[1].
Историческая справка
Несмотря на то, что твердые тела (металлы, минералы) исследовались давно, всестороннее изучение и систематизация информации об их свойствах началось с 17 века. Начиная с этого времени был открыт ряд эмпирических законов, которые описывали влияние на твердое тело механических сил, изменения температуры, света, электромагнитных полей и т. д. Были сформулированы:
Уже в первой половине 19 в. были сформулированы основные положения теории упругости, для которой характерно представление о твердое тело как о сплошной среде.
Целостное представление о кристаллической структуре твердых тел, как совокупности атомов, упорядоченное размещение которых в пространстве обеспечивается силами взаимодействия было сформировано Огюстом Браве в 1848 году, хотя первые идеи такого рода высказывались в трактатах Николасом Стено (англ. Nicolas Steno, дан. Niels Stensen) (1669), Рене-Жуст Аюи (Гаюи) (фр. René Just Haüy) (1784), Исааком Ньютоном в работе «Математические начала натуральной философии» (1686), в которой рассчитана скорость звука в цепочке упруго связанных частиц, Даниэлем Бернулли (1727), Огюстеном-Луи Коши (1830) и др.
При повышении температуры твердые тела переходят в жидкое или газообразное состояние. Переход твердого тела в жидкость называется плавлением, а переход в газообразное состояние, минуя жидкое, — сублимацией. Переход к твердому телу (при понижении температуры) — кристаллизация, к аморфной фазе — стеклование.
Существуют также фазовые переходы между твердотельными фазами, при которых изменяется внутренняя структура твердых тел, становясь упорядоченной при понижении температуры.
Физические свойства
Под физическими свойствами твердых тел понимается их специфическое поведение при воздействии определенных сил и полей. Существует три основных способа воздействия на твердые тела, соответствующие трем основным видам энергии: механический, термический и электромагнитный. Соответственно выделяют три основные группы физических свойств.
Механические свойства связывают механические напряжения и деформации тела, согласно результатам широких исследований механических и реологических свойств твердых тел, выполненных школой академика П. А. Ребиндера, можно разделить на упругие, прочностные, реологические и технологические. Кроме того, при воздействии на твердые тела жидкостей или газов оказываются их гидравлические и газодинамические свойства.
К термическим относят свойства, которые оказываются под воздействием тепловых полей. В электромагнитные свойства условно можно отнести радиационные, проявляющиеся при воздействии на твердое тело потоков микрочастиц или электромагнитных волн значительной жесткости (рентгеновских, гамма-лучи).
Механические свойства
В покое твёрдые тела сохраняю форму, но деформируются под воздействием внешних сил. В зависимости от величины приложенной силы деформация может быть упругой, пластической или разрушительной. При упругой деформации тело возвращает себе первоначальную форму после снятия приложенных сил. Отзыв твердого тела на прилагаемое усилие описывается модулями упругости. Отличительной особенностью твердого тела по сравнению с жидкостями и газами является то, что оно сопротивляется не только растяжении и сжатию, а также сдвигу, изгибу и кручению.
При пластической деформации начальная форма не сохраняется. Характер деформации зависит также от времени, в течение которого действует внешняя сила. Твердое тело может деформироваться упруго при мгновенном действии, но пластически, если внешние силы действуют длительное время. Такое поведение называется ползучестью. Одной из характеристик деформации является твердость тела — способность сопротивляться проникновению в него других тел.
Каждое твердое тело имеет присущий ему порог деформации, после которой наступает разрушение. Свойство твердого тела сопротивляться разрушению характеризуется прочностью. При разрушении в твердом теле появляются и распространяются трещины, которые в конце концов приводят к разлому.
К механическим свойствам твердого тела принадлежит также его способность проводить звук, который является волной, переносящий локальную деформацию с одного места в другое. В отличие от жидкостей и газов в твердом теле могут распространяться не только продольные звуковые волны, но и поперечные, что связано с сопротивлением твердого тела деформации сдвига. Скорость звука в твердых телах в целом выше, чем в газах, в частности в воздухе, поскольку межатомное взаимодействие гораздо сильнее. Скорость звука в кристаллических твердых телах характеризуется анизотропией, то есть зависимости от направления распространения.
Тепловые свойства
Важнейшим тепловым свойством твердого тела является температура плавления — температура, при которой происходит переход в жидкое состояние. Другой важной характеристикой плавления является скрытая теплота плавления. В отличие от кристаллов, в аморфных твердых тел переход до жидкого состояния с повышением температуры происходит постепенно. Его характеризуют температурой стеклования — температурой, выше которой материал почти полностью теряет упругость и становится очень пластичным.
Изменение температуры вызывает деформацию твердого тела, в основном повышение температуры приводит к расширению. Количественно она характеризуется коэффициентом теплового расширения. Теплоемкость твердого тела зависит от температуры, особенно при низких температурах, однако в области комнатных температур и выше, множество твердых тел имеют примерно постоянную теплоемкость (закон Дюлонга — Пти). Переход к устойчивой зависимости теплоемкости от температуры происходит при характерной для каждого материала температуре Дебая. От температуры зависят также другие характеристики твердотельных материалов, в частности механические: пластичность, текучесть, прочность, твердость.
Электрические и магнитные свойства
В зависимости от величины удельного сопротивления твердые тела разделяются на проводники и диэлектрики, промежуточное положение между которыми занимают полупроводники. Полупроводники имеют малую электропроводность, однако для них характерно ее рост с температурой. Электрические свойства твердых тел связаны с их электронной структурой. Для диэлектриков свойственна щель в энергетическом спектре электронов, которую в случае кристаллических твердых тел называют запрещенной зоной. Это область значений энергии, которую электроны в твердом теле не могут иметь. В диэлектриках все электронные состояния, ниже щели заполнены, и благодаря принципу Паули электроны не могут переходить из одного состояния в другое, чем обусловлено отсутствие проводимости. Проводимость полупроводников очень сильно зависит от примесей — акцепторов и доноров.
Существует определенный класс твердых тел, для которых характерна ионная проводимость. Эти материалы называют супериониками. В основном это ионные кристаллы, в которых ионы одного сорта могут достаточно свободно двигаться между незыблемой решеткой ионов другого сорта.
При низких температурах для некоторых твердых тел свойственна сверхпроводимость — способность проводить электрический ток без сопротивления.
Существует класс твердых тел, которые могут иметь спонтанную поляризацию — пироэлектрики. Если это свойство характерно только для одной из фаз, что существует в определенном промежутке температур, то такие материалы называются сегнетоэлектриками. Для пьезоэлектриков характерена сильная связь между поляризацией и механической деформацией.
Ферромагнетикам свойственно существование спонтанного магнитного момента.
Оптические свойства твердых тел очень разнообразны. Металлы в основном имеют высокий коэффициент отражения света в видимой области спектра, много диэлектриков прозрачные, как, например, стекло. Часто цвет того или другого твердого тела обусловлен поглощающими свет примесями. Для полупроводников и диэлектриков характерна фотопроводимость — увеличение электропроводности при освещении.
Идеализации твердого тела в науках
Твердые тела, встречающиеся в природе, характеризуются бесконечным множеством разнообразных свойств, которая постоянно пополняются. В зависимости от поставленных перед определенной наукой задач важны лишь отдельные свойства твердого тела, другие — несущественные. Например, при исследовании прочности стали её магнитные свойства практически роли не играют.
Для простоты изучения реальное тело заменяют идеальным, выделяя лишь важнейшие свойства для рассматриваемого случая. Такой подход, практикуемый многими науками, называется абстрагированием. После выделения идеализированного тела с определенным перечнем существенных свойств, строится теория. Достоверность такой теории зависит от того насколько удачно принятая идеализация отражает существенные характеристики объекта. Оценку этому можно дать при сравнении результатов исследований, полученных теоретически на основе идеализированной модели и экспериментально.
В теоретической механике
В теоретической механике идеализированной схемой реального твердого тела является абсолютно твердое тело, то есть такое, в котором при любых обстоятельствах расстояния между любыми точками являются постоянными — не изменяются ни размеры, ни форма тела.
В теории упругости
В теории упругости и её прикладном применению сопромату также рассматриваются модели, которые учитывают и абсолютизируют отдельные свойства твердого тела. К этим свойствам Принятие условий однородности и сплошности при малых деформациях позволяет применить методы анализа бесконечно малых величин, что существенно упрощает построение теории сопротивления материалов.
Считается также, что зависимость между напряжениями и деформациями является линейной (см. Закон Гука).
В теории пластичности
В теории пластичности модели твердого тела основаны на идеализации свойств деформационного упрочнения или свойств текучести твердых тел в напряженно-деформированном состоянии.
В математике
В математике (геометрии) объектом рассмотрения является мнимое твердое тело, в котором сохраняются лишь форма и размеры при полном абстрагировании от всех других свойств. В отличие от реальных предметов геометрические тела, как и всякие геометрические фигуры, является мнимыми объектами.
См. также
Примечания
- ↑ 1 2 3 4 5 Стрелецкий Алексей Владимирович, Наймушина Дарья Анатольевна Твёрдое тело. РОСНАНО. Архивировано из первоисточника 31 мая 2012. Проверено 8 марта 2012.
- ↑ не учитывая температурные колебания, диффузию и т. п.
Литература
Ссылки
dic.academic.ru
твёрдый — Малый академический словарь
-ая, -ое; твёрд, тверда, твёрдо, твёрды и тверды; твёрже.
1. только полн. ф.
Способный сохранять свою форму и размер в отличие от жидкого и газообразного.
Твердое тело. Твердые вещества. Твердое и жидкое топливо.
2.
Такой, который с трудом поддается сжатию, сгибанию, резанию и другим физическим воздействиям; противоп. мягкий.
Твердый грунт. Твердые сорта древесины. Твердое яблоко. Твердый карандаш (с крепким графитом).
□
Вырыть щели в твердой как камень земле было невозможно. В. Кожевников, Декабрь под Москвой.
||
Жесткий на ощупь.
Руки покрылись кожею, твердою, как подошва, от тяжких трудов пашни. Чернышевский, Современное обозрение.
3. перен.
Такой, который устоит, не отступит перед чем-л., останется верным своим убеждениям, целям, намерениям; стойкий, непоколебимый.
Быть твердым в беде.
□
Поэт! — Услышишь суд глупца и смех толпы холодной; Но ты останься тверд, спокоен и угрюм. Пушкин, Поэту.
— Мне одной быть с больным, когда он спит, и думать о его смерти так горько, так тяжело! — Будьте тверды, Марья Петровна. Гаршин, Трус.
Бешеным шквалом бросался и налетал враг на советских моряков, но они были тверды, непоколебимы. Новиков-Прибой, Моряки в боях.
||
Сильный, решительный, непреклонный.
Твердая воля. Твердый характер.
□
Тогда в этом твердом, непреклонном женском сердце неотразимо созрел план удара. Достоевский, Подросток.
||
Выражающий стойкость, непреклонность.
Решительный, твердый тон [командира] подействовал на матросов успокаивающе. Степанов, Порт-Артур.
4. перен.
Такой, от которого не отступают, которому не изменяют; неколебимый, нерушимый.
Твердое решение.
□
— Царь, о царь, помилуй!.. — залепетал приговоренный —. Но царь — произнес коротко: — Уведите его… Отрубите ему голову. Слово царя твердо, как агат. Куприн, Счастье.
Взяв свой чемодан, она ушла из комнаты с твердым намерением больше сюда не возвращаться. Чаковский, У нас уже утро.
5.
Устойчивый, не шаткий.
Грузовик остановился, и под ногами ощутилась твердая, не колеблющаяся опора. Солоухин, Владимирские проселки.
||
Прочно установившийся, без нарушений, отклонений.
Твердый порядок.
□
Правильной, твердой семейной жизни не было. Л. Толстой, Крейцерова соната.
У Обручева были твердые и приятные привычки, — круглые сутки окна в его комнате стояли настежь, завтракал и ужинал он в ларьке около Александровского парка кефиром и плюшками. Паустовский, Блистающие облака.
||
Требующий безусловного подчинения, повиновения, сильный.
Твердая власть.
□
Синельников понимал, что без твердого режиссерского руководства — спектакль создать невозможно. Слонова, Н. Н. Синельников.
||
Установленный и не подлежащий произвольным изменениям.
Твердые цены. Твердый график. Твердые штаты.
□
— Почему же — в совхоз? — Так там лучше, товарищ Мартынов. Твердая зарплата. А в колхозе не знаешь наперед, что на трудодень получишь. Овечкин, Районные будни.
6.
Ясный, отчетливый, безошибочный.
Твердые знания.
□
Набоб вообще не отличался особенно твердой памятью и скоро забывал даже самые остроумные анекдоты. Мамин-Сибиряк, Горное гнездо.
|| в чем.
Отчетливо, хорошо знающий что-л.; хорошо сведущий в чем-л.
[Учитель Петр Степанович]
ума был великого и в науках тверд. Достоевский, Подросток.
Так могла писать только искренняя, добродушная женщина, далеко не безграмотная, хотя и не твердая в мягких знаках. Боборыкин, Василий Теркин.
7.
Устойчивый, не колеблющийся, уверенный (о походке, движениях и т. п.).
Преждевременно поседевшие усы не соответствовали его твердой походке и бодрому виду. Лермонтов, Бэла.
Для уменья хорошо стрелять нужны острый, верный глаз, твердая рука. С. Аксаков, Записки ружейного охотника.
8.
Резких, прямых, отчетливых очертаний, линий (о чертах лица).
Подбородок был волевой, линия крупного рта была тверда, и очень хороша была улыбка. Николаева, Повесть о директоре МТС…
Она напоминала Славу и голосом —, и улыбкой, и отчетливым твердым рисунком лба и носа. Н. Чуковский, Балтийское небо.
◊
@ твердый знак
название буквы „ъ“.
@ твердые согласные звуки
лингв.
звуки, произносимые без приближения средней части языка к твердому нёбу.
@ стоять{ где} твердой ногой
стоять прочно, уверенно.
@
— стоять на твердой почве
Источник: Малый академический словарь на Gufo.megufo.me