Номер 69, страница 13 - гдз по физике 7 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

Первоначальные сведения о строении вещества. Взаимное притяжение и отталкивание молекул - номер 69, страница 13.

Условие.

69. Концы разорванной стальной полосы не срастаются вновь, если их приложить друг к другу. Почему же, разогрев докрасна две полосы стали, кузнец может прочно соединить их ударами молота?

Решение.

Чтобы два твёрдых тела соединились в одно, необходимо сблизить их атомы на расстояние, на котором начинают действовать силы межатомного притяжения. Эти силы очень короткодействующие, то есть проявляются только на расстояниях, сравнимых с размерами самих атомов.

В случае холодных концов разорванной стальной полосы этому мешают две причины:

1. Даже самые гладкие на вид поверхности на микроскопическом уровне имеют сложный рельеф из впадин и выступов. При соприкосновении двух таких поверхностей реальный контакт происходит лишь на вершинах этих выступов. Подавляющее большинство атомов одной поверхности оказывается слишком далеко от атомов другой, и силы притяжения между ними не возникают.

2. На воздухе поверхность стали мгновенно окисляется, покрываясь тончайшей, но очень прочной оксидной плёнкой. Эта плёнка служит барьером, который не позволяет атомам чистого металла сблизиться.

Когда кузнец нагревает сталь докрасна, ситуация кардинально меняется. При высокой температуре (температуре ковочной сварки) сталь становится пластичной и мягкой. Удары молота легко деформируют разогретый металл, сглаживая микронеровности и заставляя поверхности плотно прилегать друг к другу по всей площади. Сильные удары также разрушают и выдавливают хрупкую оксидную плёнку (окалину) из зоны контакта. Кроме того, высокая температура значительно увеличивает скорость движения и колебания атомов в кристаллической решётке. Этот процесс, называемый диффузией, позволяет атомам с одной поверхности проникать вглубь другой, образуя общие кристаллические связи. В результате две отдельные полосы металла становятся единым целым с прочным сварным швом.

Ответ: Концы холодной стальной полосы не срастаются из-за микронеровностей и оксидной плёнки, которые не позволяют атомам сблизиться на достаточное расстояние для возникновения сил притяжения. Нагрев делает сталь пластичной, а удары молота сближают поверхности, разрушая оксидную плёнку. В результате при высокой температуре происходит взаимная диффузия атомов, что приводит к образованию прочного соединения (ковкой сварки).