Агрегатное состояние вещества. 2

      Тема: Агрегатное состояние вещества

Физика 9 класс 

      Далакишвили Марленэ Эстефания

Содержание 

Введение

1. Агрегатное состояние  вещества – газ

2. Агрегатное состояние  вещества – жидкость

3. Агрегатное состояние  вещества – твердое тело

4. Четвертое состояние  вещества – плазма

Заключение

Список использованной литературы

Агрегатные состояния вещества. Агрегатные Состояния вещества, состояния  одного и того же вещества, переходы между которыми сопровождаются скачкообразным изменением его свободной энергии, энтропии, плотности и других физических свойств. Всевещества (за некоторым исключением) могут существовать в трёх агрегатных состояниях - твёрдом, жидком и газообразном. Так, вода при нормальном давлении p= 10l 325 Па=760 мм ртутного столба и при температуре =00 С. кристаллизуется в лёд, а при 100°С кипит и превращается в пар. Четвёртым агрегатным состоянием вещества часто считают плазму. В отличие от других агрегатных состояний вещества плазма представляет собой газ заряженных частиц (ионов, электронов), которые электрически взаимодействуют друг с другом на больших расстояниях. Что такое плазма? ПЛАЗМА - частично или полностью ионизированный газ, в котором плотности положительных и отрицательных зарядов практически одинаковы. В лабораторных условиях плазма образуется в электрическом разряде в газе, в процессах горения и взрыва. Термин “плазма” в физике был введен в 1929 американскими учеными И.Ленгмюром и Л.Тонксом. Вещество, разогретое до температуры в сотни тысяч и миллионы градусов, уже не может состоять из обычных нейтральных атомов. При столь высоких температурах атомы сталкиваются друг с другом с такой силой, что не могут сохраниться в целостности. При ударе атомы разделяются на более мелкие составляющие - атомные ядра и электроны. Эти частицы наделены электрическими зарядами: электроны - отрицательным, а ядра - положительным. Смесь этих частиц, называемая плазма представляет собой своеобразное состояние вещества, которое очень сильно отличается от относительно холодного газа по свойствам. Под плазмой в физике понимают газ, состоящий из электрически заряженных и нейтральных частиц, в котором суммарный электрический заряд равен нулю, то есть, выполнено условие квазинейтральности. Средние кинетические энергии различных типов частиц, составляющих плазму, могут быть разными. Поэтому в общем случае плазму характеризуют не одним значением температуры, а несколькими – различают электронную температуру Те, ионную температуру Тi и температуру нейтральных атомов Та. Плазму с ионной температурой Тi &l ; 105 К называют низкотемпературной, а с Тi &g ; 106 К – высокотемпературной. Высокотемпературная плазма является основным объектом исследования по УТС. Низкотемпературная плазма находит применение в газоразрядных источниках света, газовых лазерах. Несколько свойств плазмы. Степень ионизации Степень ионизации определяется как отношение числа ионизованных частиц к общему числу частиц. Для низкотемпературных плазм характерны малые степени ионизации (&l ;1%). Так как такие плазмы довольно часто употребляются в плазменных технологиях их иногда называют технологичными плазмами. Чаще всего их создают при помощи электрических полей, которые ускоряют электроны, которые в свою очередь ионизуют атомы. Электрические поля вводятся в газ посредством индуктивной или емкостной связи. Типичные применения низкотемпературных плазм включают плазменную модификацию свойств поверхности, плазменное травление поверхностей (полупроводниковая промышленность), очистка газов и жидкостей (озонирование воды и сжигание частичек сажи в дизельных двигателях).

Горячие плазмы почти всегда полностью  ионизованы (степень ионизации ~100%). Обычно именно они понимаются под  «четвертым агрегатным состоянием вещества». Примером может служить Солнце. Плотность Помимо температуры, которая имеет фундаментальную важность для самого существования плазмы, вторым наиболее важным свойством плазмы является плотность. Слово плотность плазмы обычно обозначает плотность электронов, т.е. число свободных электронов в единице объема (строго говоря, здесь, плотностью называют концентрацию — не массу единицы объема, а число частиц в единице объема). Плотность ионов связана с ней посредством среднего зарядового числа ионов. Следующей важной величиной является плотность нейтральных атомов 0. В горячей плазме 0 мала, но может тем не менее быть важной для физики процессов в плазме. Квазинейтральность Так как плазма является очень хорошим проводником, электрические свойства имеют важное значение. Потенциалом плазмы или потенциалом пространства называют среднее значение электрического потенциала в данной точке пространства. В случае если в плазму внесено какое-либо тело, его потенциал в общем случае будет меньше потенциала плазмы вследствие возникновения дебаевского слоя. Такой потенциал называют плавающим потенциалом. По причине хорошей электрической проводимости плазма стремится экранировать все электрические поля. Это приводит к явлению квазинейтральности — плотность отрицательных зарядов с хорошей точностью равна плотности положительных зарядов. В силу хорошей электрической проводимости плазмы разделение положительных и отрицательных зарядов невозможно на расстояниях больших дебаевской длины и временах больших периода плазменных колебаний.Примером неквазинейтральной плазмы является пучок электронов. Однако плотность не-нейтральных плазм должна быть очень мала, иначе они быстро распадутся за счет кулоновского отталкивания. Получение плазмы. Чтобы перевести газ в состояние плазмы, нужно оторвать хотя бы часть электронов от атомов, превратив эти атомы в ионы. Такой отрыв от атомов называют ионизацией. В природе и технике ионизация может производиться различными путями. Самые распространенные из них: Ионизация тепловой энергией Ионизация электрическим разрядом. Ионизация давлением. Ионизация лазерным излучением. Использование плазмы. Наиболее широко плазма применяется в светотехнике - в газоразрядных лампах, освещающих улицы. Гуляя вечером по улицам города, мы любуемся световыми рекламами, не думая о том, что в них светится неоновая или аргоновая плазма. Пользуемся лампами дневного света. Всякий, кто имел «удовольствие» устроить в электрической сети короткое замыкание, встречался с плазмой. Искра, которая проскакивает между проводами, состоит из плазмы электрического разряда в воздухе. Дуга электрической сварки тоже плазма. Любое вещество, нагретое до достаточно высокой температуры, переходит в состояние плазмы. Легче всего это происходит с парами щелочных металлов, таких, как натрий, калий, цезий. Обычное пламя обладает некоторой теплопроводностью; оно, хотя и в слабой степени, ионизировано, то есть является плазмой.

Причина этой проводимости - ничтожная  примесь натрия, который можно  распознать по желтому свечению. Для  полной ионизации газа нужна температура  в десятки тысяч градусов. Кроме  того, плазма применяется в самых  разных газоразрядных приборах: выпрямителях электрического тока, стабилизаторах напряжения, плазменных усилителях и  генераторах сверхвысоких частот (СВЧ), счётчиках космических частиц. Все  так называемые газовые лазеры (гелий-неоновый, криптоновый, на диоксиде углерода и  т. п.) на самом деле плазменные: газовые  смеси в них ионизованы электрическим  разрядом. Свойствами, характерными для  плазмы, обладают электроны проводимости в металле (ионы, жестко закрепленные в кристаллической решётке, нейтрализуют их заряды), совокупность свободных  электронов и подвижных «дырок» (вакансий) в полупроводниках. Поэтому  такие системы называют плазмой  твёрдых тел. Газовую плазму принято разделять на низкотемпературную - до 100 тыс. градусов и высокотемпературную - до 100 млн градусов. Существуют генераторы низкотемпературной плазмы - плазмотроны, в которых используется электрическая дуга. С помощью плазмотрона можно нагреть почти любой газ до 7000-10000 градусов за сотые и тысячные доли секунды. С созданием плазмотрона возникла новая область науки - плазменная химия: многие химические реакции ускоряются или идут только в плазменной струе. Плазмотроны применяются и в горно-рудной промышленности, и для резки металлов. Созданы также плазменные двигатели, магнитогидродинамические электростанции. Разрабатываются различные схемы плазменного ускорения заряженных частиц. Центральной задачей физики плазмы является проблема управляемого термоядерного синтеза. Термоядерными называют реакции синтеза более тяжёлых ядер из ядер лёгких элементов (в первую очередь изотопов водорода - дейтерия D и трития Т), протекающие при очень высоких температурах. В естественных условиях термоядерные реакции происходят на Солнце: ядра водорода соединяются друг с другом, образуя ядра гелия, при этом выделяется значительное количество энергии. Искусственная реакция термоядерного синтеза была осуществлена в водородной бомбе. Плазма как негативное явление. Существуют случаи, когда приходится учитывать плазму, как явление, которого нужно избежать. Это возникновение плазменной дуги при коммутационных и переходных процессах. Например, при отключении линии электропередачи в выключателе между контактами возникает дуга, которая должна быть погашена как можно быстрее.

Что касается материи, то и здесь  путаница. «Материя» = «вещество» при дальнейшей детализации в предельном обобщении четырехипостасного АМУНа соотносилась с четырьмя стихиями (агрегатными состояниями вещества): 1. «земля» — твердое; 2. «вода» — жидкое; 3. «воздух» — газообразное; 4. «огонь» — плазма. А невидимые для большинства людей общеприродные силовые поля, несущие упорядоченную энергию, неразделимо слились с информацией в “нематериальном духе”. В действительности же природный вакуум — объективно физически вовсе не пустота, а один из видов (агрегатных состояний) материи. В мировоззрении четырёхипостасного АМУНа он (вакуум) стал «пространством-вместилищем», а «время» стало знаком для обозначения неосязаемой непонятности. С точки зрения индивида, начинающего осознавать себя в Объективной реальности и осмысливать своё бытие в ней, «четырёхипостасный Амун» — традиционно и естественно ожидаемый (в определённом смысле) набор предельных обобщений и первичных различий в категории «Всё». Действительно, вся Объективная реальность, по отношению к органам чувств человека распадается на две составляющих: · То, что ощущается непосредственно органами чувств (а это прежде всего — ощущения своего тела, составляющие бульшую часть так называемого «самочувствия» многих индивидов). · То, что органами чувств непосредственно не ощущается, но не ощутимое непосредственно присутствие чего воспринимается рассудочно-интеллектуально на основе осмысления ограниченного возможностями органами чувств восприятия Мира; иными словами ко второй категории относится то, что соответствует рассудочной активности индивидов на тему «есть, что-то ещё за пределами восприятия наших органов чувств» Агрегатные Состояния вещества(от лат. Aggrego –присоединяю, связываю), состояния одного и того же вещества, переходы между которыми сопровождаются скачкообразным изменением его свободной энергии, энтропии, плотности и других физических свойств. Все вещества (за некоторым исключением) могут существовать в трёх агрегатных состояниях — твёрдом, жидком и газообразном. Так, вода при нормальном давлении p= 10l 325 Па=760 мм ртутного столба и при температуре t=00 С. кристаллизуется в лёд, а при 100°С кипит и превращается в пар. Четвёртым агрегатным состоянием вещества часто считают плазму.

Агрегатное состояние вещества зависит от физических условий, в  которых оно находится, главным  образом от температуры и от давления. Определяющей величиной является отношение  средней потенциальной энергии  взаимодействия молекул к их средней  кинетической энергии. Так, для твёрдого тeла это отношение больше 1, для газов меньше 1, а для жидкостей приблизительно равно 1. Переход из одного агрегатного состояния вещества в другое сопровождается скачкообразным изменением величины данного отношения, связанным со скачкообразным изменением межмолекулярных расстояний и межмолекулярных взаимодействий. В газах межмолекулярные расстояния велики, молекулы почти не взаимодействуют друг с другом и движутся практически свободно, заполняя весь объём. В жидкостях и твёрдых телах —конденсированных средах — молекулы (атомы)расположены значительно ближе друг к другу и взаимодействуют сильнее.

Это приводит к сохранению жидкостями и твёрдыми телами своего объёма. Однако, характер движения молекул в твёрдых  телах и жидкостях различен, чем  и объясняется различие их структуры  и свойств.

У твёрдых тел в кристаллообразном  состоянии атомы совершают лишь колебания вблизи узлов кристаллической  решётки; структура этих тел характеризуется  высокой степенью упорядоченности  — дальним и ближним порядком. Тепловое движение молекул (атомов) жидкости представляет собой сочетание малых  колебаний около положений равновесия и частых перескоков из одного положения  равновесия в другое. Последние и обусловливают существование в жидкостях лишь ближнего порядка в расположении частиц, а также свойственные им подвижность и текучесть.

Плавление — это переход вещества из твердого агрегатного состояния (см. Агрегатные состояния вещества) в жидкое. Этот процесс происходит при нагревании, когда телу сообщают некоторое количество теплоты +Q. Например, легкоплавкий металл свинец переходит из твердого состояния в жидкое, если его нагреть до температуры 327 С.

Свинец запросто плавится на газовой  плите, например в ложке из нержавеющей  стали (известно, что температура  пламени газовой горелки — 600-850°С, а температура плавления стали — 1300-1500°С).

Если, плавя свинец, измерять его  температуру, то можно обнаружить, что  сначала она плавно возрастает, но после некоторого момента остается постоянной, несмотря на дальнейшее нагревание. Этот момент соответствует плавлению. Температура держится постоянной до тех пор, пока весь свинец не расплавится, и только после этого начинает повышаться снова. При охлаждении жидкого  свинца наблюдается обратная картина: температура падает до момента начала затвердевания и остается постоянной все время, пока свинец не перейдет в твердую фазу, а потом вновь  понижается.

Аналогичным образом ведут себя все чистые вещества. Постоянство  температуры при плавлении имеет  большое практическое значение, поскольку  позволяет градуировать термометры, изготавливать плавкие предохранители и индикаторы, которые расплавляются  при строго заданной температуре.

Что же происходит при плавлении? Самое  очевидное явление — нарушения  в пространственной кристаллической  решетке, то есть в порядке расположения атомов, характерном для вещества, находящегося в твердом состоянии.

Атомы в кристалле колеблются около  своих положений равновесия. С  повышением температуры амплитуда  колебаний возрастает и достигает  некоторой критической величины, после чего кристаллическая решетка  разрушается. Для этого требуется  дополнительная тепловая энергия, поэтому  в процессе плавления температура  не повышается, хотя тепло продолжает поступать.

Температура плавления вещества зависит  от давления. Для веществ, у которых  объем при плавлении возрастает (а таких подавляющее большинство), повышение давления повышает температуру  плавления и наоборот. У воды объем  при плавлении уменьшается (поэтому, замерзая, вода разрывает трубы), и  при повышении давления лед плавится при более низкой температуре. Аналогичным  образом ведут себя висмут, галлий и некоторые марки чугунов.

При затвердевании атомы вновь  выстраиваются в определенном порядке и выделяется теплота затвердевания. Как только тело полностью затвердевает, его температура начинает понижаться.

В отличие от других агрегатных состояний  вещества плазма представляет собой  газ заряженных частиц (ионов, электронов), которые электрически взаимодействуют  друг с другом на больших расстояниях. Это определяет ряд своеобразных свойств плазмы.

Переходы из более упорядоченного по структуре агрегатного состояния  в менее упорядоченное могут происходить не только при определённых температуре и давлении, но и непрерывно. Возможность непрерывных переходов указывает на некоторую условность выделения агрегатных состояний вещества. Это подтверждается существованием аморфных твёрдых тел, сохраняющих структуру жидкости, несколько видов кристаллического состояния у некоторых веществ, существование жидких кристаллов, существованием у полимеров особого высокоэластичного состояния, промежуточного между стеклообразным и жидким, и другое.

В связи с этим в современной  физике вместо понятия агрегатного  состояния пользуются более широким  понятием — фазы.

 
Введение

Как известно, многие вещества в природе могут находиться в трех состояниях: твердом, жидком и газообразном.

Сильнее всего проявляется  взаимодействие частиц вещества в твердом  состоянии. Расстояние между молекулами примерно равно их собственным размерам. Это приводит к достаточно сильному взаимодействию, что практически  лишает частицы возможности двигаться: они колеблются около некоторого положения равновесия. Они сохраняют  форму и объем.

Свойства жидкостей  также объясняются их строением. Частицы вещества в жидкостях  взаимодействуют менее интенсивно, чем в твердых телах, и поэтому  могут скачками менять свое местоположение – жидкости не сохраняют свою форму  – они текучи.

Газ представляет собой  собрание молекул, беспорядочно движущихся по всем направлениям независимо друг от друга. Газы не имеют собственной  формы, занимают весь предоставляемый  им объем и легко сжимаются.

Существует еще  одно состояние вещества – плазма.

Целью данной работы является – рассмотреть существующие агрегатные состояния вещества, выявить  все их достоинства и недостатки.

Для этого необходимо выполнить и рассмотреть следующие агрегатные сотояния:

1.   газ

2.   жидкости

3.   твердые вещества

4.   плазма

 
1.   Агрегатное состояние вещества – газ  

Газы (французское  gaz; название предложено голланским учёным Я. Б. Гельмонтом), агрегатное состояние вещества, в котором его частицы не связаны или весьма слабо связаны силами взаимодействия и движутся свободно, заполняя весь предоставленный им объём. Вещество в газообразном состоянии широко распространено в природе. Газы образуют атмосферу Земли, в значительных количествах содержатся в твёрдых земных породах, растворены в воде океанов, морей и рек. Солнце, звёзды, облака межзвёздного вещества состоят из газов - нейтральных или ионизованных (плазмы). Встречающиеся в природных условиях газы представляют собой, как правило, смеси химически индивидуальных газов.

Обладают рядом  характерных свойств. Они полностью  заполняют сосуд, в котором находятся, и принимают его форму. В отличие  от твёрдых тел и жидкостей, объём  газов существенно зависит от давления и температуры. Коэффициент  объёмного расширения газов в  обычных условиях (0-100°С) на два порядка  выше, чем у жидкостей, и составляет в среднем 0,003663 град^-1.

Любое вещество можно  перевести в газообразное состояние  надлежащим подбором давления и температуры. Поэтому возможную область существования  газообразного состояния графически удобно изобразить в переменных: давление – р, температура – Т. При температурах ниже критической Т_к эта область ограничена кривыми сублимации (возгонки)/парообразования. Это означает, что при любом давлении ниже критического р_ксуществует температура Т, определяемая кривой сублимации или парообразования, выше которой вещество становится газообразным. Газ в этих состояниях обычно называют паром вещества.

При температурах ниже Т_к можно сконденсировать газы - перевести его в другое агрегатное состояние (твёрдое или жидкое). При этом фазовое превращение газа в жидкость или твёрдое тело происходит скачкообразно: весьма малое изменение давления приводит к конечному изменению ряда свойств вещества (например, плотности, энтальпии, теплоёмкости и др.). Процессы конденсации газов, особенно сжижение газов, имеют важное техническое значение.

В связи с тем, что область газового состояния  очень обширна, свойства газов при  изменении температуры и давления могут меняться в широких пределах. Так, в нормальных условиях (при 0°С и атмосферном давлении) плотность газов примерно в 1000 раз меньше плотности того же вещества в твёрдом или жидком состоянии. При комнатной температуре, но давлении, в 10¹⁷ раз меньшем атмосферного (предел, достигнутый современной вакуумной техникой), плотность газов составляет около 10^-20г/см³. В космических условиях плотность газов может быть ещё на 10 порядков меньше (~10^-30/см³).

С другой стороны, при  высоких давлениях вещество, которое  при сверхкритических температурах можно считать газом, обладает огромной плотностью (например, в центре некоторых  звёзд ~10⁹ г/см³). В зависимости от условий в широких пределах изменяются и другие свойства газов - теплопроводность, вязкость и т. д.

Молекулярно-кинетическая теория газов. Молекулярно-кинетическая теория рассматривает газы как совокупность слабо взаимодействующих частиц (молекул или атомов), находящихся  в непрерывном хаотическом (тепловом) движении. На основе этих простых представлений  кинетической теории удаётся объяснить  основные физические свойства газов, особенно полно - свойства разреженных газов.

У достаточно разреженных  газов средние расстояния между  молекулами оказываются значительно  больше радиуса действия межмолекулярных  сил. Так, например, при нормальных условиях в 1см³ газа находится 10¹⁹молекул и среднее расстояние между ними составляет ~ 10^{-6 см}.

 
2. Агрегатное состояние вещества  – жидкость 

Жидкость, агрегатное состояние вещества, промежуточное  между твёрдым и газообразным состояниями. Ж., сохраняя отдельные  черты как твёрдого тела, так и газа, обладает, однако, рядом только ей присущих особенностей, из которых наиболее характерная - текучесть. Подобно твёрдому телу, Ж. сохраняет свой объём, имеет свободную поверхность, обладает определённой прочностью на разрыв при всестороннем растяжении и т. д. С другой стороны, взятая в достаточном количестве Ж. принимает форму сосуда, в котором находится. Принципиальная возможность непрерывного перехода Ж. в газ также свидетельствует о близости жидкого и газообразного состояний.

По химическому  составу различают однокомпонентные, или чистые. Ж. и двух- или многокомпонентные жидкие смеси (растворы). По физической природе Ж. делятся на нормальные (обычные), жидкие кристаллы с сильно выраженной анизотропией (зависимостью свойств от направления) и квантовые жидкости - жидкие ⁴He, ³He и их смеси - со специфическими квантовыми свойствами при очень низких температурах. Нормальные чистые Ж. имеют только одну жидкую фазу (т. е. существует один единственный вид каждой нормальной Ж.). Гелий ⁴He может находиться в двух жидких фазах - нормальной и сверхтекучей, а жидкокристаллические вещества - в нормальной и одной или даже двух анизотропных фазах.

Общим для всех нормальных Ж., в том числе и для смесей, является их макроскопическую однородность и изотропность при отсутствии внешних воздействий. Эти свойства сближают Ж. с газами, но резко отличают их от анизотропных кристаллических твёрдых тел. Аморфные твёрдые тела (например, стекла), с современной точки зрения, являются переохлажденными Ж. и отличаются от обычных Ж. только численными значениями кинетических характеристик (существенно большей вязкостью и др.). Область существования нормальной жидкой фазы ограничена со стороны низких температур фазовым переходом в твёрдое состояние - кристаллизацией или (в зависимости от величины приложенного давления) фазовым переходом в сверхтекучее состояние для ⁴He и в жидко-анизотропное состояние для жидких кристаллов. При давлениях ниже критического давления р_к нормальная жидкая фаза ограничена со стороны высоких температур фазовым переходом в газообразное состояние - испарением. При давлениях р > р_к фазовый переход отсутствует и по своим физическим свойствам Ж. в этой области неотличима от плотного газа. Наивысшая температура T_k,при которой ещё возможен фазовый переход Ж. - газ, называется критической. Значения p_k ?и T_k определяют критическую точку чистой Ж., в которой свойства Ж. и газа становятся тождественными. Наличие критической точки для фазового перехода Ж. - газ позволяет осуществить непрерывный переход из жидкого состояния в газообразное, минуя область, где газ и Ж. сосуществуют. Таким образом, при нагревании или уменьшении плотности свойства Ж. (теплопроводность, вязкость, самодиффузия и др.), как правило, меняются в сторону сближения со свойствами газов. Вблизи же температуры кристаллизации большинство свойств нормальных Ж. (плотность, сжимаемость, теплоёмкость, электропроводность и т. д.) близки к таким же свойствам соответствующих твёрдых тел. В табл. приведены значения теплоёмкости при постоянном давлении (С_р) ряда веществ в твёрдом и жидком состояниях при температуре кристаллизации. Малое различие этих теплоёмкостей показывает, что тепловое движение в Ж. и твёрдых телах вблизи температуры кристаллизации имеет примерно одинаковый характер.

Молекулярная теория жидкости. По своей природе силы межмолекулярного взаимодействия в  Ж. и кристаллах одинаковы и имеют  примерно одинаковые величины. Наличие  в Ж. сильного межмолекулярного взаимодействия обусловливает, в частности, существование  поверхностного натяжения на границе  Ж. с любой др. средой. Благодаря  поверхностному натяжению Ж. стремится  принять такую форму, при которой  её поверхность (при данном объёме) минимальна. Небольшие объёмы Ж. имеют  обычно характерную форму капли. В отсутствии внешних сил, когда  действуют только межмолекулярные  силы (например, в условиях невесомости), Ж. приобретает форму шара. Влияние поверхностного натяжения на равновесие и движение свободной поверхности Ж., границ Ж. с твёрдыми телами или границ между несмешивающимися Ж. относится к области капиллярных явлений.

3. Агрегатное состояние  вещества – твердое тело 

Твёрдое тело, одно из четырёх агрегатных состояний  вещества, отличающееся от др. агрегатных состояний (жидкости, газов, плазмы) стабильностью  формы и характером теплового  движения атомов, совершающих малые  колебания около положений равновесия. Наряду с кристаллическим состоянием Т. т. существует аморфное состояние, в  том числе стеклообразное состояние. Кристаллы характеризуются дальним  порядком в расположении атомов. В  аморфных телах дальний порядок  отсутствует .

Т. т. - основной материал, используемый человеком. От кремнёвых орудий неандертальца до современных машин и механизмов - во всех технических приспособлениях, созданных человеком, используются различные свойства Т. т. Если на ранних ступенях развития цивилизации использовались механические свойства Т. т., которые непосредственно ощутимы человеком (твёрдость, масса, пластичность, упругость, хрупкость и т. п.), и Т. т. применялось лишь как конструкционный материал, то в современном обществе используется огромный арсенал физических свойств Т. т. (электрических, магнитных, тепловых и др.), как правило, не доступных непосредственному человеческому восприятию и обнаруживаемых только при лабораторных исследованиях.

Механические свойства Т. т. (реакции на внешние механические воздействия - сжатие, растяжение, изгиб, удар и т. д.) определяются силами связи  между его структурными частицами. Многообразие этих сил приводит к  разнообразию механических свойств: одни Т. т. пластичны, другие хрупки. Обычно металлы, в которых силы связи определяются коллективным действием электронов проводимости, более пластичны, чем диэлектрики; например, деформация Cu при комнатной температуре в момент разрыва достигает нескольких десятков %, а NaCI разрушается почти без деформации (хрупкость). Механические характеристики изменяются с температурой, например с повышением температуры пластичность обычно увеличивается. У большинства Т. т. реакция на внешнее механическое воздействие зависит от его темпа: хрупкое при ударе Т. т. может выдержать значительно большую статическую нагрузку.

При небольших статических  нагрузках у всех Т. т. наблюдается  линейное соотношение между напряжением  и деформацией (Гука закон). Такая  деформация называется упругой. Упругая  деформация обратима: при снятии напряжения она исчезает. Для идеального монокристалла (без дефектов) область обратимой  деформации наблюдалась бы вплоть до разрушения, причём предел прочности  должен был бы соответствовать силам  связи между атомами. При больших  нагрузках реакция реального  Т. т. существенно зависит от дефектности  образца (от наличия или отсутствия дислокаций, от размеров кристаллических  зёрен и т. п.) - разрушение начинается в самых слабых местах. Дислокация - наиболее подвижный дефект кристалла, поэтому именно дислокации в большинстве  случаев определяют его пластичность. Появление (рождение) и перемещение  дислокации - элементарные акты пластичности.

Тепловые свойства Т. т. У большинства Т. т. теплоёмкость С при комнатных температурах приближённо подчиняется Дюлонга и Пти закону: С = 3R кал/моль (R - газовая постоянная). Закон Дюлонга и Пти - следствие того, что за тепловые свойства Т. т. при высоких температурах ответственны колебательные движения атомов, подчиняющиеся закону равнораспределения (средняя энергия, приходящаяся на одну колебательную степень свободы, равна kT). Наблюдаемые при высоких температурах отклонения от закона Дюлонга и Пти объясняются повышением роли ангармонизма колебаний. Понижение температуры приводит к уменьшению теплоёмкости; благодаря квантовому "замораживанию" средняя энергия колебания Ek, определяемая выражением: , меньше kT. При самых низких температурах часть теплоёмкости, обусловленная колебаниями решётки, С ~ T³. Колебательная часть теплоёмкости Т. т. может быть представлена как теплоёмкость газа фононов.

Теплопроводность  зависит от типа Т. т. Металлы обладают значительно большей теплопроводностью, чем диэлектрики, что связано  с участием электронов проводимости в переносе тепла (см. ниже). Теплопроводность - структурно чувствительное свойство. Коэффициент теплопроводности зависит от кристаллического состояния (моно- или поликристалл), наличия или отсутствия дефектов и т. п. Явление теплопроводности удобно описывать, используя концепцию квазичастиц. Все квазичастицы (прежде всего фононы) переносят тепло, причём, согласно кинетической теории газов, вклад каждого из газов квазичастиц в коэффициент теплопроводности можно записать в виде: , где g - численный множитель, С - теплоёмкость, ?- средняя тепловая скорость, l - длина свободного пробега квазичастиц. Величина l определяется рассеянием квазичастиц, которое в случае фонон-фононных столкновений - следствие ангармоничности колебаний.