Номер 4.8, страница 12 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

§ 4. Взаимодействие молекул. Смачивание и капиллярность. Глава 1. Начальные сведения о физических понятиях - номер 4.8, страница 12.

4.8 [77] Сварку металлических деталей можно выполнить и холодным способом, если, соединив их, очень сильно сдавить. При каком условии такая сварка может быть выполнена?

Решение

Холодная сварка — это процесс соединения металлов без их нагрева до температуры плавления. Этот процесс основан на явлении межатомного взаимодействия. Атомы в кристаллической решетке металла удерживаются вместе силами притяжения на определённых расстояниях друг от друга. Если сблизить атомы двух отдельных кусков металла на такое же расстояние, между ними возникнут такие же силы, и они соединятся в единое целое.

Однако в обычных условиях этому мешают два основных фактора:

1. Микроскопические неровности поверхности. Даже самые гладкие на вид металлические поверхности на микроуровне являются шероховатыми. Из-за этого при контакте они соприкасаются лишь в отдельных точках, и общая площадь фактического контакта очень мала.

2. Поверхностные пленки. Поверхность любого металла, находящегося в контакте с воздухом, покрыта тонкой, но очень прочной оксидной пленкой, а также слоем адсорбированных газов и других загрязнений. Эти пленки препятствуют прямому контакту атомов чистого металла.

Очень сильное сдавливание (высокое давление) позволяет преодолеть эти препятствия. Под действием давления происходит пластическая деформация металла в местах контакта. Это приводит к следующему:

- Неровности сглаживаются, и площадь фактического соприкосновения поверхностей значительно увеличивается.

- Хрупкая оксидная пленка разрушается и "выдавливается" из зоны контакта, обнажая ювенильные (чистые) поверхности металла.

Когда атомы чистых металлических поверхностей сближаются на расстояние, сопоставимое с параметрами кристаллической решетки, между ними возникают силы межатомного притяжения и образуется прочная металлическая связь. Таким образом, два отдельных куска металла свариваются в одно целое.

Ответ: Холодная сварка может быть выполнена при условии, что свариваемые поверхности будут сближены на расстояние, соизмеримое с межатомными расстояниями в металле. Для этого необходимо приложить очень высокое давление, которое вызовет пластическую деформацию, сгладит микронеровности и разрушит оксидные пленки на поверхностях, обеспечив контакт чистых металлов.