ठोस पदार्थ एकत्रीकरण की उन चार अवस्थाओं में से एक का प्रतिनिधित्व करता है जिसमें हमारे आस-पास का पदार्थ हो सकता है। इस लेख में, हम इस बात पर विचार करेंगे कि ठोस पदार्थों में कौन से यांत्रिक गुण निहित हैं, उनकी आंतरिक संरचना की ख़ासियत को ध्यान में रखते हुए।
ठोस पदार्थ क्या है?
शायद हर कोई इस सवाल का जवाब दे सकता है। लोहे का एक टुकड़ा, एक कंप्यूटर, कटलरी, कार, विमान, पत्थर, बर्फ सभी ठोस पदार्थों के उदाहरण हैं। भौतिक दृष्टिकोण से, पदार्थ की ठोस समग्र स्थिति को विभिन्न यांत्रिक प्रभावों के तहत अपने आकार और मात्रा को बनाए रखने की क्षमता के रूप में समझा जाता है। यह ठोस के यांत्रिक गुण हैं जो उन्हें गैसों, तरल पदार्थों और प्लाज़्मा से अलग करते हैं। ध्यान दें कि द्रव भी आयतन बनाए रखता है (असंपीड़ित है)।
ठोस पदार्थों के उपरोक्त उदाहरण अधिक स्पष्ट रूप से समझने में मदद करेंगे कि वे मानव जीवन और समाज के तकनीकी विकास के लिए क्या महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं।
कई भौतिक और रासायनिक विषय हैं जो विचाराधीन पदार्थ की स्थिति का अध्ययन करते हैं। हम उनमें से केवल सबसे महत्वपूर्ण सूचीबद्ध करते हैं:
- ठोस भौतिकीशरीर;
- विरूपण यांत्रिकी;
- सामग्री विज्ञान;
- ठोस रसायन।
कठोर सामग्री की संरचना
ठोस के यांत्रिक गुणों पर विचार करने से पहले, परमाणु स्तर पर उनकी आंतरिक संरचना से परिचित होना चाहिए।
उनकी संरचना में ठोस पदार्थों की विविधता महान है। फिर भी, एक सार्वभौमिक वर्गीकरण है, जो शरीर को बनाने वाले तत्वों (परमाणु, अणु, परमाणु समूहों) की व्यवस्था की आवधिकता की कसौटी पर आधारित है। इस वर्गीकरण के अनुसार सभी ठोसों को निम्नलिखित में बांटा गया है:
- क्रिस्टलीय;
- अनाकार।
शुरू करते हैं दूसरे से। एक अनाकार शरीर में कोई क्रमबद्ध संरचना नहीं होती है। इसमें परमाणु या अणु बेतरतीब ढंग से व्यवस्थित होते हैं। यह विशेषता अनाकार सामग्री के गुणों के समस्थानिक की ओर ले जाती है, अर्थात गुण दिशा पर निर्भर नहीं करते हैं। अनाकार शरीर का सबसे आकर्षक उदाहरण कांच है।
क्रिस्टलीय पिंड या क्रिस्टल, अनाकार सामग्री के विपरीत, अंतरिक्ष में व्यवस्थित संरचनात्मक तत्वों की व्यवस्था होती है। सूक्ष्म पैमाने पर, वे क्रिस्टलीय विमानों और समानांतर परमाणु पंक्तियों के बीच अंतर कर सकते हैं। इस संरचना के कारण, क्रिस्टल अनिसोट्रोपिक हैं। इसके अलावा, अनिसोट्रॉपी न केवल ठोस पदार्थों के यांत्रिक गुणों में, बल्कि विद्युत, विद्युत चुम्बकीय और अन्य के गुणों में भी प्रकट होती है। उदाहरण के लिए, टूमलाइन क्रिस्टल केवल एक प्रकाश तरंग के कंपन को एक दिशा में संचारित कर सकता है, जिससेविद्युत चुम्बकीय विकिरण का ध्रुवीकरण।
क्रिस्टल के उदाहरण लगभग सभी धात्विक पदार्थ हैं। वे अक्सर तीन क्रिस्टल जाली में पाए जाते हैं: चेहरा-केंद्रित और शरीर-केंद्रित घन (क्रमशः एफसीसी और बीसीसी) और हेक्सागोनल क्लोज-पैक (एचसीपी)। क्रिस्टल का एक अन्य उदाहरण सामान्य टेबल नमक है। धातुओं के विपरीत, इसके नोड्स में परमाणु नहीं होते हैं, लेकिन क्लोराइड आयन या सोडियम धनायन होते हैं।
लचीलापन सभी कठोर पदार्थों का मुख्य गुण है
एक ठोस पर सबसे छोटा तनाव भी लगाने से हम उसे विकृत कर देते हैं। कभी-कभी विकृति इतनी छोटी हो सकती है कि उस पर ध्यान नहीं दिया जा सकता। हालांकि, बाहरी भार लागू होने पर सभी ठोस सामग्री विकृत हो जाती है। यदि इस भार को हटाने के बाद विरूपण गायब हो जाता है, तो वे सामग्री की लोच की बात करते हैं।
लचीलापन की घटना का एक ज्वलंत उदाहरण एक धातु वसंत का संपीड़न है, जिसे हुक के नियम द्वारा वर्णित किया गया है। बल F और निरपेक्ष तनाव (संपीड़न) x के माध्यम से, यह नियम इस प्रकार लिखा गया है:
F=-kx.
यहाँ k कुछ संख्या है।
थोक धातुओं के मामले में, हुक का नियम आमतौर पर लागू बाहरी तनाव σ, सापेक्ष तनाव और यंग के मापांक E: के संदर्भ में लिखा जाता है।
σ=ईε.
यंग का मापांक किसी विशेष सामग्री के लिए एक स्थिर मान है।
लोचदार विरूपण की विशेषता, जो इसे प्लास्टिक विरूपण से अलग करती है, उत्क्रमणीयता है।लोचदार विरूपण के तहत ठोस के आकार में सापेक्ष परिवर्तन 1% से अधिक नहीं होते हैं। ज्यादातर वे 0.2% के क्षेत्र में स्थित हैं। ठोस के लोचदार गुणों को बाहरी भार की समाप्ति के बाद सामग्री के क्रिस्टल जाली में संरचनात्मक तत्वों की स्थिति के विस्थापन की अनुपस्थिति की विशेषता है।
यदि बाहरी यांत्रिक बल काफी बड़ा है, तो शरीर पर इसकी क्रिया समाप्त होने के बाद, आप अवशिष्ट विरूपण देख सकते हैं। इसे प्लास्टिक कहते हैं।
ठोसों की प्लास्टिसिटी
हमने ठोसों के प्रत्यास्थ गुणों पर विचार किया है। अब आइए उनकी प्लास्टिसिटी की विशेषताओं पर चलते हैं। बहुत से लोग जानते हैं और उन्होंने देखा है कि अगर आप हथौड़े से कील मारते हैं, तो वह चपटा हो जाता है। यह प्लास्टिक विरूपण का एक उदाहरण है। परमाणु स्तर पर यह एक जटिल प्रक्रिया है। प्लास्टिक विरूपण अनाकार निकायों में नहीं हो सकता है, इसलिए कांच हिट होने पर विकृत नहीं होता है, लेकिन गिर जाता है।
ठोस पिंड और प्लास्टिक रूप से विकृत होने की उनकी क्षमता क्रिस्टलीय संरचना पर निर्भर करती है। माना अपरिवर्तनीय विरूपण क्रिस्टल की मात्रा में विशेष परमाणु परिसरों की गति के कारण होता है, जिसे अव्यवस्था कहा जाता है। उत्तरार्द्ध दो प्रकार (सीमांत और पेंच) का हो सकता है।
सभी ठोस पदार्थों में, धातुओं में सबसे बड़ी प्लास्टिसिटी होती है, क्योंकि वे अव्यवस्थाओं के लिए अंतरिक्ष में विभिन्न कोणों पर निर्देशित बड़ी संख्या में स्लिप प्लेन प्रदान करती हैं। इसके विपरीत, सहसंयोजक या आयनिक बंध वाली सामग्री भंगुर होगी। इन्हें जिम्मेदार ठहराया जा सकता हैरत्न या उल्लिखित टेबल नमक।
क्रूरता और क्रूरता
यदि आप किसी ठोस पदार्थ पर लगातार बाहरी बल लगाते हैं, तो देर-सबेर वह ढह जाएगा। विनाश दो प्रकार का होता है:
- नाजुक;
- चिपचिपा।
पहली बार दरारें दिखने और तेजी से बढ़ने की विशेषता है। भंगुर फ्रैक्चर से उत्पादन में विनाशकारी परिणाम होते हैं, इसलिए, वे सामग्री और उनकी परिचालन स्थितियों का उपयोग करने का प्रयास करते हैं जिसके तहत सामग्री का विनाश नमनीय होगा। उत्तरार्द्ध को धीमी दरार वृद्धि और विफलता से पहले बड़ी मात्रा में ऊर्जा के अवशोषण की विशेषता है।
प्रत्येक सामग्री के लिए एक तापमान होता है जो भंगुर-नमनीय संक्रमण की विशेषता है। ज्यादातर मामलों में, तापमान में कमी से फ्रैक्चर डक्टाइल से भंगुर हो जाता है।
चक्रीय और स्थायी भार
इंजीनियरिंग और भौतिकी में, ठोस पदार्थों के गुणों की विशेषता उन पर लागू भार के प्रकार से भी होती है। तो, सामग्री पर एक निरंतर चक्रीय प्रभाव (उदाहरण के लिए, तनाव-संपीड़न) तथाकथित थकान प्रतिरोध द्वारा वर्णित है। यह दिखाता है कि एक विशेष मात्रा में तनाव के आवेदन के कितने चक्र सामग्री को बिना तोड़े झेलने की गारंटी है।
समय के साथ तनाव दर को मापकर, निरंतर भार के तहत सामग्री की थकान का भी अध्ययन किया जाता है।
सामग्री की कठोरता
ठोस के महत्वपूर्ण यांत्रिक गुणों में से एक कठोरता है। वह परिभाषित करती हैइसमें किसी विदेशी निकाय की शुरूआत को रोकने के लिए सामग्री की क्षमता। अनुभवजन्य रूप से, यह निर्धारित करना बहुत आसान है कि दोनों में से कौन सा शरीर कठिन है। उनमें से केवल एक को दूसरे के साथ खरोंच करना आवश्यक है। हीरा सबसे कठोर क्रिस्टल होता है। यह किसी भी अन्य सामग्री को खरोंच देगा।
अन्य यांत्रिक गुण
कठोर सामग्री में ऊपर बताए गए गुणों के अलावा कुछ यांत्रिक गुण होते हैं। हम उन्हें संक्षेप में सूचीबद्ध करते हैं:
- लचीलापन - विभिन्न आकार लेने की क्षमता;
- लचीलापन - पतले धागों में फैलने की क्षमता;
- विशेष प्रकार की विकृति का विरोध करने की क्षमता, जैसे झुकना या मुड़ना।
इस प्रकार, ठोस पदार्थों की सूक्ष्म संरचना काफी हद तक उनके गुणों को निर्धारित करती है।
