технических процессах: дуговой сварке, плазменной сварке и резке. В земных условиях плазма может быть создана лишь в специальных лабораторных установках при непрерывном подводе энергии, покрывающей потери в окружающую среду.

Явления плавления, испарения, диссоциации и ионизации постоянно наблюдаются в сварочных процессах.

При охлаждении восстановление связей происходит в обратной последовательности. Сначала восстанавливаются электронные оболочки и возникают нейтральные атомы. Последние могут объединяться в молекулы, которые по мере уменьшения их энергии все чаще вступают во временное сцепление друг с другом, пока наконец газ не превратится в жидкость. В жидкости непрерывно перемещающиеся атомы создают определенные комбинации, которые тут же разрушаются. Дальнейшее снижение температуры приводит к тому, что энергия атомов становится недостаточной для того, чтобы разрушить временно возникающие между ними связи. К зародившейся системе присоединяются новые атомы. Постепенно под действием сил внутренних связей размещение атомов упорядочивается и положение их фиксируется. Так происходит переход из жидкого состояния в твердое.

Во всех изменениях состояния, в которых при нагреве затрачивается энергия (плавление, испарение, диссоциация, ионизация), при охлаждении и обратном превращении освобождается такое же количество тепловой или другой энергии.

Разнообразные превращения вещества в химических реакциях и физических процессах управляются общим законом природы, согласно которому всякая система самопроизвольно изменяется в направлении уменьшения ее потенциальной энергии как наиболее устойчивого в данных условиях состояния. Камень на вершине холма находится в неустойчивом положении, устойчивое его положение — у подножия холма.

В устойчивом состоянии атома расположение электронов отвечает минимуму его энергии. При атмосферном давлении и температуре ниже 0° С минимум энергии дает лед, выше 0° С — вода в жидком состоянии, выше 100° С — водяной пар. Для температур ниже 911° С минимум энергии имеет а-железо, в интервале 911 — 1392° С— •у-железо и т. д. Вода, переохлажденная ниже 0° С и перегретая выше 100 С, некоторое время может существовать и в жидком состоянии, но это состояние будет неустойчивым.

Принцип минимума энергии говорит лишь о вероятности направления превращения, но ничего не говорит о времени этого превращения. Камень на вершине холма может лежать тысячи лёт, стальные орудия, закаленные сотни лет назад, сохраняют твердость и сейчас, так как неустойчивые закалочные структуры в стали при низких температурах имеют чрезвычайно малую, практически нулевую скорость превращения. Сухой порох может храниться десятки лет, пока не будет внесена начальная искра, инициирующая взрыв.

§ 2 АМОРФНОЕ И КРИСТАЛЛИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ ТВЕРДЫХ ТЕЛ

/Порядок, в котором соединяются атомы при затвердевании тел'а, существенно влияет на его свойства. В зависимости От характера расположения атомов в твердом теле различают тела аморфные и кристаллические.

Примерами аморфных веществ являются стекло и некоторые сварочные шлаки, смолы и пластмассы. В процессе охлаждения они не кристаллизуются, а постепенно густеют, непрерывно увеличивая свою вязкость. Несмотря на наличие признаков твердого тела, аморфные вещества по существу можно считать очень вязкими сильно переохлажденными жидкостями, для которых характерно упорядоченное расположение атомов только в микрообъемах (имеется «ближний порядок»), тогда как расположение этих атомных групп во всем объеме тела хаотическое (отсутствует «дальний порядок»). Аморфное состояние вещества неустойчиво, в результате чего многие аморфные тела при соответствующих условиях самопроизвольно кристаллизуются, т. е. упорядочивают свою структуру, что ведет к уменьшению их потенциальной энергии.

При затвердевании кристаллических тел атомы располагаются в определенных, характерных для данного вещества порядке и последовательности. Примерами веществ, обладающих кристаллическим строением, могут служить металлы. Рассматривая-поверхность излома металлической детали невооруженным глазом, мы не всегда наблюдаем плоские кристаллические грани, тем не менее, все твердые металлы в обычных условиях имеют кристаллическое строение. Дело в том, что видимые кристаллические грани и симметрия кристаллов являются лишь отражением внутреннего расположения атомов. В реальных же условиях образование кристаллов обычно не может происходить совершенно свободно. Этому препятствуют соседние развивающиеся зародыши, ограничивающие и стесняющие нормальный рост друг друга. Чаще всего металлы кристаллизуются в виде сростка отдельных зерен (кристаллитов) неправильной формы, границы которых отчетливо наблюдаются под микроскопом. В специальных условиях можно вырастить гораздо более крупные и правильные металлические кристаллы и даже монокристаллы, где весь объем куска металла составляет один кристалл.

От характера расположения атомов в кристалле, а также размера зерен, во многом зависят физические свойства металлов, и в первую очередь, их прочностные показатели. Металлы состоят из атомов, расположенных в строго определенном порядке и образующих правильную кристаллическую решетку.