Кристаллические и аморфные тела

Долгое время казалось, что самое интересное в Физике – это исследования микромира и микрокосмоса. Именно там пытались найти ответы на наиболее важные, фундаментальные вопросы, объясняющие устройство окружающего мира. А сейчас образовался третий фронт исследований – изучение твердых тел.
Почему же так важно исследовать твердые тела?
Огромную роль, конечно, играет здесь практическая деятельность человека. Твердые тела – это металлы и диэлектрики, без которых немыслима электротехника, это – полупроводники, лежащие в основе современной электроники, магниты, сверхпроводники, конструкционные материалы. Словом, можно утверждать, что научно-технический прогресс в значительной мере основан на использовании твердых тел.
Но не только практическая сторона дела важна при их изучении. Сама внутренняя логика развития науки – физики твердого тела – привела к пониманию важности коллективных свойств больших систем.
Твердое тело состоит из миллиарда частиц, которые взаимодействуют между собой. Это обусловливает появление определенного порядка в системе и особых свойств всего количества микрочастиц. Так, коллективные свойства электронов определяют электропроводность твердых тел, а способность тела поглощать тепло – теплоемкость – зависит от характера коллективных колебаний атомов при тепловом движении. Коллективные свойства объясняют все основные закономерности поведения твердых тел.
Структура твердых тел многообразна. Тем не менее, их можно разделить на два больших класса: кристаллы и аморфные тела.

Таким образом, твердое тело характеризуется тем, что в нем возникают значительные упругие силы не только при изменении объема (сжатие и расширение), но и при изменении формы (например, сдвиг).
Твердые тела могут существовать в двух существенно различных состояниях, отличающихся своим внутренним строением, и, соответственно, свойствами. Это кристаллическое и аморфное состояние твердых тел.
Кристаллическое состояние характеризуется наличием четко выделяемых естественных граней, образующих между собой определенные углы. Примерами веществ в кристаллическом состоянии могут служить соль, сахарный песок, сода и др.
Если весь кусок вещества представляет собой один кристалл, то такое тело называется монокристаллом или просто кристаллом. В других случаях тело представляет собой множество мелких кристалликов, причудливо сросшихся между собой, например, кусок рафинада. Такие тела называют поликристаллическими.
Наличие естественных граней у монокристаллов ведет к четко выраженному различию в физических свойствах тела по различным направлениям. Это может относиться к механической прочности, тепло- и электропроводности, упругости и т. д. Но не всегда все свойства зависят от направления – кубический кристалл меди обладает одинаковой электропроводностью по всем направлениям, но разной упругостью.
В поликристаллах принято говорить о средних значениях физических величин, поскольку вдоль любого выбранного направления найдутся отдельные кристаллы, как угодно ориентированные внутри тела.
Второй вид твердого состояния твердых тел – аморфное состояние. В этом состоянии невозможно обнаружить даже малые области, в которых наблюдалась бы зависимость физических свойств от направления. Некоторые вещества могут находиться в любом из этих двух состояний.