?【閱前提示】本篇出自『數(shù)理化自學(xué)叢書(shū)6677版』，此版叢書(shū)是“數(shù)理化自學(xué)叢書(shū)編委會(huì)”于1963-1966年陸續(xù)出版，并于1977年正式再版的基礎(chǔ)自學(xué)教材，本系列叢書(shū)共包含17本，層次大致相當(dāng)于如今的初高中水平，其最大特點(diǎn)就是可用于“自學(xué)”。當(dāng)然由于本書(shū)是大半個(gè)世紀(jì)前的教材，很多概念已經(jīng)與如今迥異，因此不建議零基礎(chǔ)學(xué)生直接拿來(lái)自學(xué)。不過(guò)這套叢書(shū)卻很適合像我這樣已接受過(guò)基礎(chǔ)教育但卻很不扎實(shí)的學(xué)酥重新自修以查漏補(bǔ)缺。另外，黑字是教材原文，彩字是我寫(xiě)的注解。

【山話嵓語(yǔ)】『數(shù)理化自學(xué)叢書(shū)』其實(shí)還有新版，即80年代的改開(kāi)版，改開(kāi)版內(nèi)容較新而且還又增添了25本大學(xué)基礎(chǔ)自學(xué)內(nèi)容，直接搞出了一套從初中到大學(xué)的一條龍數(shù)理化自學(xué)教材大系列。不過(guò)我依然選擇6677版，首先是因?yàn)?677版保留了很多古早知識(shí)，讓我終于搞明白了和老工程師交流時(shí)遇到的奇特專業(yè)術(shù)語(yǔ)和計(jì)算模式的來(lái)由。另外就是6677版的版權(quán)風(fēng)險(xiǎn)極小，即使出版社再版也只會(huì)再版80年代改開(kāi)版。我認(rèn)為6677版不失為一套不錯(cuò)的自學(xué)教材，不該被埋沒(méi)在故紙堆中，是故才打算利用業(yè)余時(shí)間，將『數(shù)理化自學(xué)叢書(shū)6677版』上傳成文字版。

第六章固體的性質(zhì)

【山話||? 本系列專欄中的力單位達(dá)因等于10??牛頓；功的單位爾格等于10??焦耳；熱量的單位卡路里等于4.186焦耳。另外這套老教材中的力的單位常用公斤，如今是不允許的，力是不能使用公斤為單位的。】?

§6-1晶體和非晶體

【01】在前兩章中，我們分別討論了氣體和液體的性質(zhì)，并且已經(jīng)知道氣體很容易壓縮，而液體卻很難壓縮，使液體的體積發(fā)生很小的改變，就需要很大的作用力；另一方面，氣體和液體又都具有流動(dòng)性，因此，氣體和液體的外形都隨著容器的形狀而改變。

【02】在第一冊(cè)中，我們已經(jīng)學(xué)過(guò)一些關(guān)于固體的基本性質(zhì)?，F(xiàn)在，我們將對(duì)固體的性質(zhì)作進(jìn)一步的研究。首先看一下固體在外表特征上與氣體和液體有什么區(qū)別。固體的體積很不容易壓縮，這一點(diǎn)是跟液體相似的。而跟液體不同的地方是，使固體的形狀發(fā)生很小的改變也需要用一定的力。因此，我們把具有一定體積和一定形狀的物體叫做固體。例如把各種金屬、石塊、冰、砂糖、玻璃、蠟、松香等都稱為固體。但是，由于它們性質(zhì)上的差別，固體又可以分為晶體和非晶體兩類。

【03】在常見(jiàn)的固體中，食鹽、明礬、云母、硫酸銅等都是晶體；玻璃、松香、瀝青、電木、蜂蠟等都是非晶體。

【04】在一般情況下，晶體的外表都具有有規(guī)則的幾何形狀。有些大的晶體我們用肉眼就能夠看出，例如食鹽、砂糖、硫酸銅、石英、金剛石等等；有些小的晶體要用顯微鏡才能看出，例如銅、鐵以及其他金屬。非晶體在外形上就沒(méi)有這種特征，它們沒(méi)有一定的形狀。

【05】晶體的外形是多種多樣的，從最簡(jiǎn)單的立方體（食鹽）到非常復(fù)雜的多面體。圖6·1所示是水晶的晶體群。

【06】晶體有時(shí)也會(huì)失去它的有規(guī)則的外形，這時(shí)就無(wú)法從外形上來(lái)判斷它是不是晶體了。但是，不論晶體的外形怎樣，它在各個(gè)方向上的物理性質(zhì)（導(dǎo)熱性、熱膨脹、導(dǎo)電性、強(qiáng)度等等）是不同的。晶體的這種性質(zhì)叫做各向異性。各向異性是晶體最基本的特征。

【07】晶體的各向異性在工程技術(shù)中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，例如硫化鉛(PbS)晶體（俗稱礦石）只允許電流沿一個(gè)方向通過(guò)，在相反的方向上電流就不能通過(guò)。這種晶體可以用在礦石收音機(jī)上，把天線接收到的交變電流轉(zhuǎn)變成單向電流。

【08】通過(guò)下面的實(shí)驗(yàn)，我們能夠清楚地看到晶體的這種特征。

【09】在一張?jiān)颇钙?，涂一層很薄的石蠟，拿一根燒紅了的鋼針的尖端接觸云母片的反面。這時(shí)我們會(huì)看到，石蠟從接觸點(diǎn)開(kāi)始向周?chē)刍刍氖灣蕶E圓形（圖6·2），而不是圓形。這說(shuō)明云母片晶體在各個(gè)方向上的導(dǎo)熱性【更精確地講，應(yīng)該說(shuō)傳遞內(nèi)能的快慢在不同方向上是不一樣的】不相同。

【10】如果用薄的玻璃片代替云母片重復(fù)上面的實(shí)驗(yàn)，我們就會(huì)看到，被熔化的石蠟是呈圓形的（圖6·3）。這說(shuō)明非晶體在各個(gè)方向上的導(dǎo)熱性是相同的。實(shí)際上，不僅導(dǎo)熱性，非晶體的一切物理性質(zhì)在各個(gè)方向上都是相同的。非晶體的這種特征叫做各向同性。

【11】晶體的另一個(gè)重要的特征是有一定的熔點(diǎn)；非晶體就沒(méi)有一定的熔點(diǎn)。這一問(wèn)題在下一章中要詳細(xì)地討論。

【12】有時(shí)整個(gè)物體就是一個(gè)晶體，例如砂糖的小粒。這種物體叫做單晶體。大的單晶體的重量，如水晶可以達(dá)到幾公斤以上。如果整個(gè)物體是由許多雜亂無(wú)章排列著的小晶體（晶粒）組成的，這樣的物體就叫做多晶體。例如，所有的金屬都是多晶體。用顯微鏡觀察磨光了的金屬材料的斷面，就能夠看到晶粒的雜亂排列?？墒?，有時(shí)晶粒是這樣的細(xì)小，即使在倍數(shù)很高的顯微鏡下也不能看到。

【13】在多晶體里，由于晶粒的排列很不規(guī)則，所以在各個(gè)方向上的物理性質(zhì)是相同的。這一點(diǎn)與非晶體相似。但是，多晶體仍有確定的熔點(diǎn)。

【14】雖然非晶體在某些方面是跟晶體相似的，例如松香被錘擊時(shí)也會(huì)象晶體一樣碎成許多小顆粒。但是，經(jīng)過(guò)仔細(xì)的觀察后發(fā)現(xiàn)，有些非晶體也具有液體的典型特征——流動(dòng)性。例如，瀝青塊會(huì)很慢地沿著水平面流動(dòng)；放在容器里的瀝青塊，經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)的時(shí)間后會(huì)按照容器的形狀分布。倒在漏斗里的許多小松香塊，經(jīng)過(guò)足夠長(zhǎng)的時(shí)間，就會(huì)并成一大塊，形成一個(gè)水平表面，并且從漏斗孔里緩慢地流出。把重的物體（如鉛丸）放在松香表面上，會(huì)慢慢地沉進(jìn)松香里面去。放在松香內(nèi)部的輕的物體（如軟木塞）能夠從下面浮起來(lái)。由于瀝青、松香等非晶體具有這些性質(zhì)，我們可以把它們看成是很粘厚的液體。

【15】有些非晶體，例如玻璃也具有一定的強(qiáng)度和硬度，但是利用倫琴射線對(duì)它們所進(jìn)行的研究告訴我們，一切非晶體的分子構(gòu)造與液體的分子構(gòu)造相同。關(guān)于晶體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)將在§6·2中詳細(xì)討論。

【16】近幾年來(lái)，用途越來(lái)越廣的各種塑料也是非晶體。

【17】常常出現(xiàn)這樣的情況，同一種物質(zhì)，在一定的條件下是晶體，在另一些條件下卻變成了非晶體。例如，天然的石英是晶體，但經(jīng)過(guò)熔融的石英（叫做熔凝石英或石英玻璃）就是非晶體。砂糖粒是晶體，而熔融后做成的水果糖就是非晶體。但是，所有這些非晶體物質(zhì)都要逐漸顯示出混濁現(xiàn)象（透明度減弱），這種混濁現(xiàn)象是由于石英玻璃和水果糖內(nèi)部產(chǎn)生了細(xì)小的晶體的緣故。

【18】如果把晶體的硫加熱，使之熔化，并且使它的溫度超過(guò) 300°C，然后倒入冷水里，它就會(huì)變成柔軟的非晶體硫。但經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，非晶體硫又要變成晶體了。

【19】這些現(xiàn)象說(shuō)明，非晶體是不穩(wěn)定的，在適當(dāng)情況下它會(huì)變成晶體。

習(xí)題6-1

1、固體的外表特征是什么？你能不能從物質(zhì)的微粒結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)明這些特征？

2、從物理性能來(lái)看，晶體和非晶體的最基本的特征是什么？

3、什么叫做單晶體和多晶體？它們?cè)谖锢硇再|(zhì)上有哪些相同和不同之點(diǎn)？

4、為什么說(shuō)非晶體是不穩(wěn)定的？

5、物質(zhì)的非晶體能自動(dòng)地轉(zhuǎn)變?yōu)榫w，而晶體卻不能自動(dòng)地轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷w。試問(wèn)對(duì)同一種物質(zhì)來(lái)說(shuō)，處于非晶體時(shí)的能量大還是處于晶體時(shí)的能量大？