Nyenzo madhubuti inawakilisha mojawapo ya hali nne za ujumlishaji ambamo jambo linalotuzunguka linaweza kuwa. Katika makala haya, tutazingatia ni sifa gani za kiufundi zinazopatikana katika yabisi, kwa kuzingatia upekee wa muundo wao wa ndani.
Nyenzo thabiti ni nini?
Labda kila mtu anaweza kujibu swali hili. Kipande cha chuma, kompyuta, kata, magari, ndege, mawe, theluji ni mifano ya vitu vikali. Kutoka kwa mtazamo wa kimwili, hali ya jumla ya maada inaeleweka kama uwezo wake wa kuhifadhi sura na kiasi chake chini ya ushawishi mbalimbali wa mitambo. Ni sifa hizi za kiufundi za vitu vikali vinavyotofautisha kutoka kwa gesi, maji na plasma. Kumbuka kuwa umajimaji pia huhifadhi ujazo (hauwezi kubana).
Mifano iliyo hapo juu ya nyenzo dhabiti itasaidia kuelewa kwa uwazi zaidi jukumu muhimu wanalochukua kwa maisha ya binadamu na maendeleo ya kiteknolojia ya jamii.
Kuna taaluma kadhaa za kimwili na kemikali zinazochunguza hali ya maada inayozingatiwa. Tunaorodhesha tu muhimu zaidi kati yao:
- fizikia thabitimwili;
- mekaniki za urekebishaji;
- sayansi ya nyenzo;
- kemia thabiti.
Muundo wa nyenzo ngumu
Kabla ya kuzingatia sifa za kiufundi za vitu vikali, mtu anapaswa kufahamiana na muundo wao wa ndani katika kiwango cha atomiki.
Aina mbalimbali za nyenzo dhabiti katika muundo wake ni nzuri. Walakini, kuna uainishaji wa ulimwengu wote, ambao unategemea kigezo cha upimaji wa mpangilio wa vitu (atomi, molekuli, nguzo za atomiki) zinazounda mwili. Kulingana na uainishaji huu, yabisi zote zimegawanywa katika zifuatazo:
- fuwele;
- amofasi.
Hebu tuanze na ya pili. Mwili wa amorphous hauna muundo wowote ulioagizwa. Atomu au molekuli ndani yake hupangwa kwa nasibu. Kipengele hiki kinasababisha isotropy ya mali ya vifaa vya amorphous, yaani, mali haitegemei mwelekeo. Mfano wa kuvutia zaidi wa mwili wa amofasi ni glasi.
Miili ya fuwele au fuwele, tofauti na nyenzo za amofasi, zina mpangilio wa vipengele vya muundo vilivyopangwa angani. Kwenye mizani ndogo, wanaweza kutofautisha kati ya ndege za fuwele na safu sambamba za atomiki. Kutokana na muundo huu, fuwele ni anisotropic. Aidha, anisotropy inajidhihirisha sio tu katika mali ya mitambo ya mango, lakini pia katika mali ya umeme, umeme, na wengine. Kwa mfano, kioo cha tourmaline kinaweza tu kusambaza vibrations ya wimbi la mwanga katika mwelekeo mmoja, ambayo husababishamgawanyiko wa mionzi ya sumakuumeme.
Mifano ya fuwele ni takriban nyenzo zote za metali. Mara nyingi hupatikana katika lati tatu za fuwele: ujazo unaozingatia uso na mwili (fcc na bcc, mtawaliwa) na upakiaji wa karibu wa hexagonal (hcp). Mfano mwingine wa fuwele ni chumvi ya kawaida ya meza. Tofauti na metali, nodi zake hazina atomi, lakini anioni za kloridi au kasheni za sodiamu.
Elasticity ndio sifa kuu ya nyenzo zote ngumu
Kwa kutumia hata mkazo mdogo zaidi kwenye gumu, tunasababisha kuharibika. Wakati mwingine deformation inaweza kuwa ndogo sana kwamba haiwezi kuonekana. Walakini, nyenzo zote ngumu huharibika wakati mzigo wa nje unatumika. Ikiwa, baada ya kuondoa mzigo huu, deformation hupotea, basi wanasema juu ya elasticity ya nyenzo.
Mfano wazi wa hali ya unyumbufu ni kubanwa kwa chemichemi ya chuma, ambayo inafafanuliwa na sheria ya Hooke. Kupitia nguvu F na mvutano kabisa (mgandamizo) x, sheria hii imeandikwa kama ifuatavyo:
F=-kx.
Hapa k ni nambari fulani.
Katika kesi ya metali nyingi, sheria ya Hooke kwa kawaida huandikwa kulingana na mkazo wa nje unaotumika σ, mkazo wa jamaa ε na moduli ya Young E:
σ=Eε.
Moduli ya Young ni thamani isiyobadilika kwa nyenzo mahususi.
Hulka ya mgeuko nyumbufu, ambayo huitofautisha na mgeuko wa plastiki, ni ugeuzaji. Mabadiliko ya jamaa katika saizi ya mango chini ya deformation ya elastic hayazidi 1%. Mara nyingi wao hulala katika eneo la 0.2%. Sifa za elastic za vitu vikali hubainishwa na kukosekana kwa uhamishaji wa nafasi za vitu vya kimuundo kwenye kimiani ya fuwele ya nyenzo baada ya kukomesha mzigo wa nje.
Ikiwa nguvu ya mitambo ya nje ni kubwa ya kutosha, basi baada ya kusitishwa kwa hatua yake kwenye mwili, unaweza kuona deformation iliyobaki. Inaitwa plastiki.
Plastiki ya yabisi
Tumezingatia sifa nyumbufu za vitu viimara. Sasa hebu tuendelee kwenye sifa za plastiki zao. Watu wengi wanajua na wameona kwamba ikiwa unapiga msumari kwa nyundo, inakuwa gorofa. Hii ni mfano wa deformation ya plastiki. Katika kiwango cha atomiki, ni mchakato mgumu. Ugeuzi wa plastiki hauwezi kutokea katika miili ya amofasi, kwa hivyo glasi hailetiki inapopigwa, lakini huanguka.
Miili madhubuti na uwezo wake wa kuharibika kimuundo hutegemea muundo wa fuwele. Uharibifu unaozingatiwa usioweza kurekebishwa hutokea kutokana na harakati za complexes maalum za atomiki kwa kiasi cha kioo, ambacho huitwa dislocations. Mwisho unaweza kuwa wa aina mbili (pembezoni na skrubu).
Kati ya nyenzo zote dhabiti, metali zina unamu mkubwa zaidi, kwa vile hutoa idadi kubwa ya ndege zinazoteleza zinazoelekezwa katika pembe tofauti za nafasi kwa ajili ya kutenganisha. Kinyume chake, nyenzo zilizo na vifungo vya covalent au ionic zitakuwa brittle. Hizi zinaweza kuhusishwavito au chumvi ya meza iliyotajwa.
Wepesi na ukakamavu
Ikiwa unatumia nguvu ya nje kila mara kwa nyenzo yoyote thabiti, basi itaanguka hivi karibuni. Kuna aina mbili za uharibifu:
- tete;
- mnato.
Ya kwanza ina sifa ya kuonekana na ukuaji wa haraka wa nyufa. Fractures ya brittle husababisha matokeo ya janga katika uzalishaji, kwa hiyo, wanajaribu kutumia vifaa na hali zao za uendeshaji ambazo uharibifu wa nyenzo utakuwa ductile. Mwisho una sifa ya ukuaji wa polepole wa ufa na ufyonzwaji wa kiwango kikubwa cha nishati kabla ya kushindwa.
Kwa kila nyenzo kuna halijoto inayoangazia mpito wa brittle-ductile. Katika hali nyingi, kupungua kwa halijoto hubadilisha mpasuko kutoka ductile hadi brittle.
Mizigo ya baiskeli na ya kudumu
Katika uhandisi na fizikia, sifa za vitu vikali pia hubainishwa na aina ya mzigo unaotumika kwao. Kwa hivyo, athari ya mzunguko wa mara kwa mara kwenye nyenzo (kwa mfano, mvutano-compression) inaelezewa na kinachojulikana kama upinzani wa uchovu. Inaonyesha ni mizunguko mingapi ya utumiaji wa kiwango fulani cha dhiki ambayo nyenzo imehakikishwa kustahimili bila kuvunjika.
Uchovu wa nyenzo pia huchunguzwa chini ya upakiaji usiobadilika, kwa kupima kiwango cha matatizo baada ya muda.
Ugumu wa nyenzo
Moja ya sifa muhimu za kiufundi za vitu vikali ni ugumu. Anafafanuauwezo wa nyenzo ili kuzuia kuanzishwa kwa mwili wa kigeni ndani yake. Empirically, ni rahisi sana kuamua ni ipi kati ya miili miwili iliyo ngumu zaidi. Ni muhimu tu kuchana mmoja wao na mwingine. Almasi ni kioo kigumu zaidi. Itakwaruza nyenzo nyingine yoyote.
Sifa zingine za kiufundi
Nyenzo ngumu zina sifa za kiufundi isipokuwa zile zilizotajwa hapo juu. Tunaziorodhesha kwa ufupi:
- ductility - uwezo wa kuchukua maumbo mbalimbali;
- ductility - uwezo wa kunyoosha kuwa nyuzi nyembamba;
- uwezo wa kustahimili aina maalum za mgeuko, kama vile kupinda au kupinda.
Kwa hivyo, muundo wa hadubini wa vitu vikali kwa kiasi kikubwa huamua sifa zao.
