七、 固体的性质及晶体结构的一般概念(§9-7)

    1. 固体的一般性质

    教材中叙述了固体不同于液体的三方面性质,即固体具有一定的体积并保持自己的一定形状、单晶体具有各向异性以及晶体具有确定的熔点。在认识固体的这些性质时,应该注意以下问题。

    (1)  在本章开始时大家说过,物体的宏观性质可以说是由两个基本因素决定的,这两个基本因素就是物体内分子之间的相互作用和分子的热运动。在气体中,分子热运动占据主导地位,分子力作用处于从属地位。而对于固体来说,情况正相反,分子热运动退居于从属地位,而分子力作用却占据了主导地位。所以,在讨论固体的性质时,分子力自然是应该首先考虑的因素。

    (2)  固体有晶体和非晶体。但是长期以来,人们一直认为能够以非晶态固体的形式出现的材料是为数不多的。而近年来的研究表明,只要条件适当,几乎所有的材料都能够制成非晶态固体。

    (3)  晶体具有确定的熔点。所谓熔点,就是晶体由固态熔解变为液态时的温度。熔点的问题是固-液相变的中心问题。

    a)  只有晶体才具有熔点,不同的晶体,熔点不同。非晶体不具有熔点,在一定压强下,熔解或凝固是在一个温度范围内进行的。

    b)  熔点与压强有关。熔解时体积膨胀的晶体,熔点随压强的增大而升高;熔解时体积缩小的晶体,熔点随压强的增大而降低。

    c)  熔点随压强变化的曲线,就是熔解曲线,表示固-液两相平衡共存时压强与温度的关系曲线。

    2. 关于晶体结构的一些概念

    教材中阐述了关于晶体结构的一些概念,即空间点阵、原胞、晶胞以及晶轴、晶面等。除此之外,还有一个相关的问题需要指出,这就是固体中粒子的热运动的形式。关于这个问题,大家要指出以下两点。

    (1)  晶格的结点就是原子的平衡位置,原子只能在平衡位置附近作小振动,一般情况下不能远离自己的平衡位置,原子在平衡位置附近的小振动可以认为是简谐振动;

    (2)  各原子的振动不是相互独立的,而是具有强烈耦合作用的,于是就形成了在晶格中传播的简谐波,称为格波。在长波极限下的格波就是声波,相当于具有一定能量和一定动量的准粒子,即声子。然后用统计物理学的方法处理由声子组成的系统,从而得到固体的热学性质,这正是§18-11所涉及的内容。

       
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