
Шпаргалки История экономики Аудит Экономика Философия Финансы Финансовый менеджмент Отечественная история Экономический анализ Право Финансы организации Геодезия Анатомия Философия науки ИСЭ Рынок ценных бумаг Литература Сетевая экономика Экономика предприятия

Лекции Консультант Плюс Финансы, денежное обращение и кредит Теория экономических информационных систем Философии Анатомия Вычислительные машины, системы и сети Аудит Информатика Строительное материаловедение Всемирная история
Чистка и уборка дома, услуга уборки помещений и машин. установка межкомнатные двери частный мастер агзс

Курс лекций по "Строительное материаловедение"

Лекция1. СТРОЕНИЕ АТОМА

Уважаемые слушатели мы приступаем к изучению курса «Строительное материаловедение». Лекции, которые будут прочитаны в течение данного семестра, помогут Вам разобраться в физико-химической сущности строения и свойств различных материалов. Вы узнаете, почему природные и искусственно созданные материалы имеют различные теплопроводность, механические и эксплуатационные свойства, как связаны эти свойства друг с другом, как и в каких пределах их можно изменять. Одновременно с изучением этих вопросов, вы более глубоко познакомитесь с физическими и химическими свойствами элементов, информация о которых заложена в периодической системе Д.И. Менделеева. Особо отмечу, что строение атомов химических элементов определяет структуру и энергию образуемых ими химических связей, которые, в свою очередь, лежат в основе всего комплекса свойств веществ и материалов. Лишь опираясь на понимание химического взаимодействия атомов, можно управлять процессами, происходящими в веществах, и получать заданные рабочие характеристики.

Однако более важной, чем изучение отдельных проблем, изложенных в лекциях, является предоставляемая вам возможность объединить основные положения физики, химии и прикладных научных направлений (теплофизики, механики) для комплексного понимания взаимодействия веществ и их свойств.

В лекциях главное внимание уделено фундаментальным основам материаловедения в связи с тем, что современное материаловедение направлено на получение материалов с заданными характеристиками и служит базой для наукоемких технологий XXI века.

Материалом называется вещество, обладающее необходимым комплексом свойств, для выполнения заданной функции отдельно или в совокупности с другими веществами.

Современное материаловедение полностью сложилось как наука во второй половине XX века, что было связано с быстрым возрастанием роли материалов в развитии техники, технологии и строительства. Создание принципиально новых материалов с заданными свойствами, а на их основе сложнейших конструкций позволило человечеству достичь за короткое время небывалых успехов в атомной и космической технике, электронике, информационных технологиях, строительстве и т.д. Можно считать, что материаловедение - это раздел научного знания, посвященный свойствам веществ и их направленному изменению с целью получения материалов с заранее заданными рабочими характеристиками. Он опирается на фундаментальную базу всех разделов физики, химии, механики и смежных дисциплин и включает теоретические основы современных наукоемких технологий получения, обработки и применения материалов. Основу материаловедения составляет знание о процессах, протекающих в материалах под воздействием различных факторов, об их влиянии на комплекс свойств материала, о способах контроля и управления ими. Поэтому материаловедение и технология материалов - взаимосвязанные разделы знания.

Курс материаловедения и технологии строительных материалов служит цели познания природы и свойств материалов, методов получения материалов с заданными характеристиками для наиболее эффективного использования в строительстве.

Основные задачи изучения курса:

- дать понимание физико-химической сущности явлений, происходящих в материалах при воздействии на них различных факторов в условиях производства и эксплуатации, и их влияния на свойства материалов;

- установить зависимость между химическим составом, строением и свойствами материалов;

- изучить теоретические основы и практику реализации различных способов получения и обработки материалов, обеспечивающих высокую надежность и долговечность строительных конструкций;

- дать знания об основных группах неметаллических материалов, их свойствах и областях применения.

В лекциях раскрываются:

- основы взаимодействия атомов и молекул, позволяющие в
дальнейшем объяснить влияние на свойства материала его химического состава и процессов направленной обработки;

- строение твердого тела, дефекты кристаллической структуры
и их роль в формировании свойств материалов;

- явления переноса тепла, массы и заряда, составляющие суть
любого технологического процесса;

- теоретические основы получения аморфных структур материалов;

- элементы механики упругой и пластической деформации и
разрушения материала, лежащие в основе формирования прочности и надежности современных строительных материалов и конструкций, а также
методы их испытаний;

Итак, задача современного материаловедения - получение материалов с заранее заданными свойствами. Свойства материалов определяются химическим составом и структурой, которые являются результатом получения материала и его дальнейшей обработки. Для разработки материалов и технологий необходимо знание физических и химических явлений и процессов, протекающих в материале на различных стадиях его получения, обработки и эксплуатации, их предсказание, описание и управление ими. Таким образом, знание теории необходимо для создания управляемых технологических процессов, результатом которых будет материал с четко определенными значениями рабочих свойств.

Физико-химические свойства вещества определяются электронным строением его атомов. Взаимодействия атомов связаны, в первую очередь, с взаимодействием их электронных оболочек. Поэтому при разработке материалов и процессов их получения необходимо четко представлять, как различные химические элементы отдают и принимают электроны, как изменение электронного состояния влияет на свойства элементов.

Давайте вспомним электронное строение атома.

Электронное строение атома

Около, двух с половиной тысяч лет древнегреческий философ Демокрит высказал мысль о том, что все окружающие нас тела состоят из мельчайших невидимых и неделимых частиц - атомов.

Из атомов, как из своеобразных кирпичиков собираются молекулы: из одинаковых атомов - молекулы простых, веществ, из атомов различного вида -молекулы сложных веществ.

Уже в конце девятнадцатого века наукой установлено, что атомы - частицы далеко не "неделимые", как представляла древняя философия, а, в свою очередь, состоят из ещё более мелких и, если так можно выразиться, ещё более простых частиц. В настоящее время с большей или меньшей достоверностью доказано существование уже около трех сотен элементарных частиц, входящих в состав атомов.

Для изучения химических превращений в большинстве случаев нам достаточно указать три частицы, входящие в атом: протон, электрон и нейтрон.

Протон представляет собой частицу массой условно принятой за единицу (1/12 массы атома углерода) и единичным положительным зарядом. Масса протона – 1,67252 х 10^{-27
кг}

Электрон - частица с практически нулевой массой (в 1836 раз меньшей, чем у протона) и единичным отрицательным зарядом. Масса электрона – 9,1091х10^{-31
кг.}

Нейтрон, представляет собой частицу с массой практически равной массе протона, но не имеющую заряда (нейтрален). Масса нейтрона – 1,67474 х 10^{-27 кг.}

Современная наука представляет атом, устроенным приблизительно, также как утроена наша солнечная система: в центре атома находится ядро (солнце), вокруг которого на относительно большом расстоянии вращаются электроны (как планеты вокруг солнца). Эта "планетарная" модель атома, предложенная в 1911 году Эрнестом Резерфордом и в 1913 году уточнённая постулатами Бора, сохранила своё значение до настоящего времени.

В ядре, состоящим из протонов и нейтронов и занимающем очень малую часть объема атома, сосредоточена основная масса атома (масса электронов в химических расчётах атомных и молекулярных масс обычно не учитывается).

Число протонов в ядре определяет вид атома. Всего сейчас открыто более ста видов атомов, которые и представлены в Таблице элементов под номерами, соответствующими числу протонов в ядре.

Простейший атом содержит в ядре всего один протон: это атом водорода. Более сложный атом гелия имеет в ядре уже два протона, третий (литий) - три и т.д. Определённый вид атома называется элементом.