Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Пермского края

Государственное автономное профессиональное образовательное учреждение

"Краевой политехнический колледж"

Бардымский филиал

Реферат

по дисциплине "Физика"

по теме: Физические свойства твердых тел и их применение в конструкциях автомобилей

Работу выполнил: студент

Акманаев Айдар

Руководитель: преподаватель

Жуйкова Л.М.

Барда 2015

Содержание

• Введение
• 1. Твердое тело
• 1.1 Физические свойства
• 1.2 Механические свойства
• 1.3 Термические свойства
• 1.4 Электромагнитные свойства
• 2. Автомобиль
• 2.1 Конструкция автомобиля
• 3. Алюминий в конструкции автомобиля
• 3.1 Физические свойства
• 3.2 Химические свойства
• Заключение
• Список используемой литературы

Введение

Для начала надо понять, что такое твердое тело, и их физические свойства. По сравнению с двумя другими состояниями вещества-газообразным и жидким-твердые вещества имеют наибольшую упорядоченность. Именно этой высокой упорядоченностью объясняются многие физические свойства твердых веществ.

Сжимаемость твердых веществ практически равна нулю. Все твердые вещества имеют определенный объем. Одним из наиболее известных свойств твердых веществ является их способность сохранять свою форму. По сравнению с газами и жидкостями твердые вещества могут выдерживать значительные внешние нагрузки. Плотность каждого вещества в твердом состоянии значительно больше, чем в газообразном состоянии, и несколько больше, чем в жидком. Исключение составляет вода, которая в жидком состоянии обладает большей плотностью, чем лед. Кристаллические твердые вещества имеют строго определенную температуру плавления, но аморфные твердые вещества, как, например, стекла, размягчаются в некотором интервале температур.

Данные свойства очень сильно влияют на конструкцию автомобили, если не учесть одно из данных свойств то сам автомобиль прослужит не слишком долго и возможно даже навредить хозяину.

В данном реферате мы подробно рассмотрим все физические свойства твердых тел и их применение в конструкции автомобиля.

1. Твердое тело

Под физическими свойствами твёрдых тел понимается их специфическое поведение при воздействии определенных сил и полей. Существует три основных способа воздействия на твёрдые тела, соответствующие трем основным видам энергии: механический, термический и электромагнитный. Соответственно выделяют три основные группы физических свойств.

Механические свойства связывают механические напряжения и деформации тела, согласно результатам широких исследований механических и реологических свойств твёрдых тел, выполненных школой академика П.А. Ребиндера, можно разделить на упругие, прочностные, реологические и технологические. Кроме того, при воздействии на твёрдые тела жидкостей или газов оказываются их гидравлические и газодинамические свойства.

К термическим относят свойства, которые оказываются под воздействием тепловых полей. В электромагнитные свойства условно можно отнести радиационные, проявляющиеся при воздействии на твёрдое тело потоков микрочастиц или электромагнитных волн значительной жесткости (рентгеновских, гамма-лучи).

1.2 Механические свойства

В покое твёрдые тела сохраняют форму, но деформируются под воздействием внешних сил. В зависимости от величины приложенной силы деформация может быть упругой, пластической или разрушительной. При упругой деформации тело возвращает себе первоначальную форму после снятия приложенных сил. Отзыв твёрдого тела на прилагаемое усилие описывается модулями упругости. Отличительной особенностью твёрдого тела по сравнению с жидкостями и газами является то, что оно сопротивляется не только растяжению и сжатию, а также сдвигу, изгибу и кручению.

При пластической деформации начальная форма не сохраняется. Характер деформации зависит также от времени, в течение которого действует внешняя сила. Твёрдое тело может деформироваться упруго при мгновенном действии, но пластически, если внешние силы действуют длительное время. Такое поведение называется ползучестью. Одной из характеристик деформации является твёрдость тела - способность сопротивляться проникновению в него других тел.

Каждое твёрдое тело имеет присущий ему порог деформации, после которой наступает разрушение. Свойство твёрдого тела сопротивляться разрушению характеризуется прочностью. При разрушении в твёрдом теле появляются и распространяются трещины, которые в конце концов приводят к разлому.

К механическим свойствам твёрдого тела принадлежит также его способность проводить звук, который является волной, переносящий локальную деформацию с одного места в другое. В отличие от жидкостей и газов в твёрдом теле могут распространяться не только продольные звуковые волны, но и поперечные, что связано с сопротивлением твёрдого тела деформации сдвига. Скорость звука в твёрдых телах в целом выше, чем в газах, в частности в воздухе, поскольку межатомное взаимодействие гораздо сильнее. Скорость звука в кристаллических твёрдых телах характеризуется анизотропией, то есть зависимости от направления распространения.

1.3 Термические свойства

Важнейшим тепловым свойством твёрдого тела является температура плавления - температура, при которой происходит переход в жидкое состояние. Другой важной характеристикой плавления является скрытая теплота плавления. В отличие от кристаллов, в аморфных твёрдых телах переход к жидкому состоянию с повышением температуры происходит постепенно. Его характеризуют температурой стеклования - температурой, выше которой материал почти полностью теряет упругость и становится очень пластичным.

Изменение температуры вызывает деформацию твёрдого тела, в основном повышение температуры приводит к расширению. Количественно она характеризуется коэффициентом теплового расширения. Теплоемкость твёрдого тела зависит от температуры, особенно при низких температурах, однако в области комнатных температур и выше, множество твёрдых тел имеют примерно постоянную теплоемкость (закон Дюлонга - Пти). Переход к устойчивой зависимости теплоемкости от температуры происходит при характерной для каждого материала температуре Дебая. От температуры зависят также другие характеристики твердотельных материалов, в частности механические: пластичность, текучесть, прочность, твёрдость.

1.4 Электромагнитные свойства

В зависимости от величины удельного сопротивления твёрдые тела разделяются на проводники и диэлектрики, промежуточное положение между которыми занимают полупроводники. Полупроводники имеют малую электропроводность, однако для них характерно ее рост с температурой. Электрические свойства твёрдых тел связаны с их электронной структурой. Для диэлектриков свойственна щель в энергетическом спектре электронов, которую в случае кристаллических твёрдых тел называют запрещенной зоной. Это область значений энергии, которую электроны в твёрдом теле не могут иметь. В диэлектриках все электронные состояния, ниже щели заполнены, и благодаря принципу Паули электроны не могут переходить из одного состояния в другое, чем обусловлено отсутствие проводимости. Проводимость полупроводников очень сильно зависит от примесей - акцепторов и доноров.

Существует определенный класс твёрдых тел, для которых характерна ионная проводимость. Эти материалы называют супериониками. В основном это ионные кристаллы, в которых ионы одного сорта могут достаточно свободно двигаться между незыблемой решёткой ионов другого сорта.

При низких температурах для некоторых твёрдых тел свойственна сверхпроводимость - способность проводить электрический ток без сопротивления.

Существует класс твёрдых тел, которые могут иметь спонтанную поляризацию - пироэлектрики. Если это свойство характерно только для одной из фаз, что существует в определенном промежутке температур, то такие материалы называются сегнетоэлектриками. Для пьезоэлектриков характерна сильная связь между поляризацией и механической деформацией.

Ферромагнетикам свойственно существование спонтанного магнитного момента. вещество атом кристаллический аморфный

Оптические свойства твёрдых тел очень разнообразны. Металлы в основном имеют высокий коэффициент отражения света в видимой области спектра, много диэлектриков прозрачные, как, например, стекло. Часто цвет того или другого твёрдого тела обусловлен поглощающими свет примесями. Для полупроводников и диэлектриков характерна фотопроводимость - увеличение электропроводности при освещении.

2. Автомобиль

Автомобиль (от др.-греч. Б?фп - сам и лат. Mobilis - движущийся), автотранспортное средство, в совокупности авто-техника, автотранспорт - моторное безрельсовое дорожное транспортное средство минимум с 3 колёсами.

Основное функциональное назначение автомобиля заключается в совершении транспортной работы. Автомобильный транспорт в индустриально развитых странах занимает ведущее место по сравнению с другими видами транспорта по объему перевозок пассажиров и грузов.

Современный автомобиль состоит из 15-20 тысяч деталей, из которых 150-300 являются наиболее важными и требующих наибольших затрат в эксплуатации.

Термин включает легковой автомобиль, грузовой автомобиль, автобус, троллейбус, бронетранспортёр, но не включает сельскохозяйственный трактор и мотоцикл.

2.1 Конструкция автомобиля

Легковой автомобиль состоит из:

- двигателя;

- трансмиссии;

- ходовой части;

- механизмов управления;

- электрооборудования;

- дополнительного оборудования;

- кузова.

3. Алюминий в конструкции автомобиля

Алюминий - элемент 13-й группы периодической таблицы химических элементов (по устаревшей классификации - элемент главной подгруппы III группы), третьего периода, с атомным номером 13. Обозначается символом Al (лат. Aluminium). Относится к группе лёгких металлов. Наиболее распространённый металл и третий по распространённости химический элемент в земной коре (после кислорода и кремния).

Простое вещество алюминий - лёгкий парамагнитный металл серебристо-белого цвета, легко поддающийся формовке, литью, механической обработке. Алюминий обладает высокой тепло- и электропроводностью, стойкостью к коррозии за счёт быстрого образования прочных оксидных плёнок, защищающих поверхность от дальнейшего взаимодействия.

3.1 Физические свойства

· Металл серебристо-белого цвета, лёгкий

· плотность - 2,7 г/смі

· температура плавления у технического алюминия - 658 °C, у алюминия высокой чистоты - 660 °C

· удельная теплота плавления - 390 кДж/кг

· температура кипения - 2500 °C

· удельная теплота испарения - 10,53 МДж/кг

· удельная теплоемкость - 880 Дж/кг·K

· временное сопротивление литого алюминия - 10-12 кг/ммІ, деформируемого - 18-25 кг/ммІ, сплавов - 38-42 кг/ммІ

· Твёрдость по Бринеллю - 24…32 кгс/ммІ

· высокая пластичность: у технического - 35 %, у чистого - 50 %, прокатывается в тонкий лист и даже фольгу

· Модуль Юнга - 70 ГПа

· Алюминий обладает высокой электропроводностью (37·10⁶ См/м) и теплопроводностью (203,5 Вт/(м·К)), 65 % от электропроводности меди, обладает высокой светоотражательной способностью.

· Слабый парамагнетик.

· Температурный коэффициент линейного расширения 24,58·10^?6 К^?1 (20…200 °C).

· Удельное сопротивление 0,0262..0,0295 Ом·ммІ/м

· Температурный коэффициент электрического сопротивления 4,3·10^?3 K^?1. Алюминий переходит в сверхпроводящее состояние при температуре 1,2 кельвина.

Алюминий образует сплавы почти со всеми металлами. Наиболее известны сплавы с медью и магнием (дюралюминий) и кремнием (силумин).

3.2 Химические свойства

При нормальных условиях алюминий покрыт тонкой и прочной оксидной плёнкой и потому не реагирует с классическими окислителями: с H₂O (t°), O₂, HNO₃ (без нагревания). Благодаря этому алюминий практически не подвержен коррозии и потому широко востребован современной промышленностью. Однако при разрушении оксидной плёнки (например, при контакте с растворами солей аммония NH₄⁺, горячими щелочами или в результате амальгамирования), алюминий выступает как активный металл-восстановитель. Не допустить образования оксидной пленки можно, добавляя к алюминию такие металлы, как галлий, индий или олово. При этом поверхность алюминия смачивают легкоплавкие эвтектики на основе этих металлов.

3.3 Роль алюминия в автомобилях

Одним из основных требований к материалам, применяемым в автомобильном транспорте, является малая масса и достаточно высокие показатели прочности. Принимаются во внимание также коррозионная стойкость и хорошая декоративная поверхность материала.

Высокая удельная прочность алюминиевых сплавов увеличивает грузоподъемность и уменьшает эксплуатационные расходы передвижного транспорта. Высокая коррозионная стойкость материала продляет сроки эксплуатации, расширяет ассортимент перевозимых товаров, включая жидкости и газы с высокой агрессивной концентрацией.

При изготовлении элементов каркаса, обшивки кузова полуприцепа автофургона, рефрижератора, скотовоза и т.п. перспективным материалом являются алюминиевые сплавы АД31, 1915 (прессованные профили) и сплавы АМг2, АМг5 (лист).

Находят применение алюминиевые сплавы АМц, АМгЗ и 1915 при изготовлении отдельных узлов легкового автомобиля (навесные детали, бамперы, радиаторы охлаждения, отопители).

В автомобилестроении США широко используются алюминиевые свариваемые сплавы серии Зххх, 5ххх и 6ххх.

Из прессованных полуфабрикатов сплавов 2014 и 6061 изготовляют балки, рамы тяжелых грузовых автомобилей. Панели и отдельные элементы из сплава 5052 поступают на изготовление кабины. В качестве обшивочного материала кузова грузовика используют лист из сплавов 5052, 6061, 2024, 3003 и 5154. Стойки кузова выполняются из прессованных полуфабрикатов сплавов 6061 и 6063. Магналиевые сплавы серии 5ххх (5052,.5086, 5154 и 5454) являются основным материалом при изготовлении автоцистерн

Заключение

Таким образом, можно сказать, что твёрдое тело - это одно из четырёх агрегатных состояний вещества, отличающееся от других агрегатных состояний (жидкости, газов, плазмы) стабильностью формы и характером теплового движения атомов, совершающих малые колебания около положений равновесия.

В конструкциях автомобилей используется активно используется физические свойства твердых тел. Если мы не учтем хотя бы одно свойство в конструкции автомобилей, то автомобиль прослужит недолго или даже навредит своему хозяину.

Список используемой литературы

1. Павлов П.В., Хохлов А.Ф. Физика твердого тела.-М.: Высшая школа, 2000. -494 с.

2. Китель Ч. Введение в физику твердого тела. -М.: Наука, 1978. -792 с

3. И.В. Савельев. Курс общей физики. М.: Наука, т. 1-3, 1978

Размещено на Allbest.ru