1. Какие вы знаете свойства твёрдых тел? Приведите примеры, иллюстрирующие различия в свойствах твёрдых тел.

2. Как ведут себя твёрдые тела при нагревании? Опишите соответствующие опыты и наблюдения.

3. Что такое кристаллические тела? Приведите примеры кристаллических тел

1. Свойства твёрдых тел и примеры различий

Твёрдые тела отличаются от жидкостей и газов тем, что они обычно сохраняют собственную форму и объём. Это связано с тем, что частицы твёрдого тела расположены близко друг к другу и сильно взаимодействуют между собой. Они не могут свободно перемещаться, а только колеблются около своих положений.

У твёрдых тел есть разные свойства:

Форма и объём.
Твёрдое тело сохраняет форму, если на него не действует достаточно большая сила. Например, деревянный брусок, камень или металлическая ложка сохраняют свою форму на столе. Вода же принимает форму сосуда, поэтому она не относится к твёрдым телам.

Твёрдость.
Разные твёрдые тела имеют разную твёрдость. Алмаз очень твёрдый, он может царапать стекло. Мел, наоборот, легко крошится и оставляет след на доске. Сталь твёрже дерева, поэтому стальным ножом можно резать древесину.

Хрупкость.
Некоторые твёрдые тела легко ломаются при ударе. Например, стекло и фарфор хрупкие: если их уронить, они могут разбиться. Резина или медь при ударе не разбиваются так легко, поэтому они менее хрупкие.

Упругость.
Упругие тела после деформации восстанавливают свою форму. Например, пружина, резиновый мяч или линейка после небольшого изгиба возвращаются в прежнее состояние. Если растянуть резинку не слишком сильно, она снова станет такой же.

Пластичность.
Пластичные тела изменяют форму и сохраняют её после действия силы. Например, пластилин можно размять и придать ему любую форму. Медь, алюминий, золото тоже пластичны: из них можно вытягивать проволоку или раскатывать тонкие листы.

Прочность.
Прочность показывает, насколько тело сопротивляется разрушению. Стальная балка выдерживает большую нагрузку, поэтому её используют в строительстве. Сухая ветка ломается гораздо легче, значит, она менее прочная.

Плотность.
Тела могут отличаться плотностью. Например, железный шарик и деревянный шарик одинакового размера имеют разную массу: железный будет намного тяжелее, потому что железо плотнее дерева.

Теплопроводность.
Одни твёрдые тела хорошо проводят тепло, другие плохо. Металлическая ложка быстро нагревается в горячем чае, потому что металл хорошо проводит тепло. Деревянная ручка сковороды нагревается медленнее, потому что дерево — плохой проводник тепла.

Электропроводность.
Металлы, например медь и алюминий, хорошо проводят электрический ток, поэтому из них делают провода. Резина, стекло, пластмасса плохо проводят ток, поэтому их используют как изоляторы.

Таким образом, твёрдые тела могут сильно отличаться друг от друга: стекло твёрдое, но хрупкое; резина упругая; пластилин пластичный; сталь прочная; медь хорошо проводит ток и тепло; дерево плохо проводит тепло и электричество.

2. Поведение твёрдых тел при нагревании. Опыты и наблюдения

При нагревании твёрдые тела обычно расширяются, то есть увеличиваются в размерах. Это происходит потому, что частицы тела начинают колебаться быстрее и расстояния между ними немного увеличиваются.

Один из известных опытов — опыт с металлическим шариком и кольцом. Берут металлический шарик, который в холодном состоянии свободно проходит через кольцо. Затем шарик нагревают. После нагревания он уже не проходит через кольцо, потому что его размеры увеличились. Когда шарик остынет, он снова уменьшится и сможет пройти через кольцо. Этот опыт показывает, что металл при нагревании расширяется, а при охлаждении сжимается.

Другой опыт можно провести с металлическим стержнем. Один конец стержня закрепляют, а другой соединяют со стрелкой или лёгким указателем. При нагревании стержень удлиняется, и стрелка отклоняется. Это значит, что твёрдое тело увеличило свою длину.

Ещё один пример — биметаллическая пластинка. Она состоит из двух разных металлов, соединённых вместе. При нагревании один металл расширяется сильнее, другой слабее, поэтому пластинка изгибается. Такие пластинки применяют в термометрах, электрических приборах и автоматических выключателях.

При сильном нагревании некоторые твёрдые тела могут плавиться, то есть переходить из твёрдого состояния в жидкое. Например, лёд при нагревании превращается в воду, воск свечи плавится, олово и свинец тоже можно расплавить при достаточно высокой температуре. У кристаллических тел плавление происходит при определённой температуре. Например, лёд плавится при температуре около 0 °C.

Некоторые вещества при нагревании не плавятся сразу, а сначала размягчаются. Так ведёт себя стекло. Если его сильно нагревать, оно становится мягким и тягучим, поэтому из горячего стекла можно выдувать разные изделия. Это связано с тем, что стекло относится к аморфным телам.

Также при нагревании могут меняться и другие свойства твёрдых тел. Например, металл при высокой температуре становится менее прочным, его легче ковать или сгибать. Поэтому кузнецы нагревают железо, чтобы придать ему нужную форму.

Итак, при нагревании твёрдые тела обычно расширяются, могут размягчаться, изменять прочность, а при достаточно высокой температуре — плавиться.

3. Кристаллические тела и их примеры

Кристаллические тела — это твёрдые тела, в которых частицы расположены в строгом порядке. Атомы, молекулы или ионы в таких телах образуют правильную внутреннюю структуру, которую называют кристаллической решёткой.

Кристаллические тела часто имеют правильную внешнюю форму. Например, кристаллы соли могут иметь форму маленьких кубиков, а кристаллы кварца — форму многогранников. Однако даже если внешний кусок кристаллического вещества имеет неправильную форму, внутри его частицы всё равно расположены упорядоченно.

Кристаллические тела обладают важными признаками:

Они имеют определённую температуру плавления. Например, лёд плавится при одной определённой температуре, а не постепенно размягчается, как стекло.

Некоторые кристаллы имеют разные свойства в разных направлениях. Например, кристалл слюды легко расслаивается в одном направлении, но труднее разрушается в другом. Это связано с особенностями расположения частиц внутри кристалла.

Примеры кристаллических тел:
поваренная соль, сахар, лёд, кварц, алмаз, графит, железо, медь, алюминий, золото, сера.

Кристаллическими являются многие минералы и металлы. Например, алмаз и графит состоят из атомов углерода, но имеют разное строение кристаллической решётки, поэтому их свойства резко различаются: алмаз очень твёрдый и прозрачный, а графит мягкий, тёмный и оставляет след на бумаге.

Для сравнения можно привести аморфные тела. В них частицы расположены не так строго и упорядоченно, как в кристаллах. К аморфным телам относятся стекло, смола, пластмасса, воск. Они не имеют чёткой температуры плавления, а при нагревании постепенно размягчаются.

Таким образом, кристаллические тела — это твёрдые тела с правильным внутренним строением, определённой температурой плавления и характерными физическими свойствами.