физика «Кристаллы»
Кристаллы встречаются нам повсюду: мы ходим по кристаллам, строим из них, выращиваем их в лабораториях и в заводских установках, создаем приборы и изделия из кристаллов, широко применяем их в технике и в науке, едим кристаллы (вспомните поваренную соль), лечимся ими, находим кристаллы в живых организмах, выходим на просторы космических дорог, используя приборы из кристаллов. Кристаллы встречаются нам повсюду: мы ходим по кристаллам, строим из них, выращиваем их в лабораториях и в заводских установках, создаем приборы и изделия из кристаллов, широко применяем их в технике и в науке, едим кристаллы (вспомните поваренную соль), лечимся ими, находим кристаллы в живых организмах, выходим на просторы космических дорог, используя приборы из кристаллов.
Кристаллы – все твёрдые тела, в которых слагающие их частицы (атомы, ионы, молекулы) расположены строго закономерно наподобие узлов пространственных решёток». Это определение является максимально приближённым к истине, оно подходит к любым однородным кристаллическим телам. Кристаллы – все твёрдые тела, в которых слагающие их частицы (атомы, ионы, молекулы) расположены строго закономерно наподобие узлов пространственных решёток». Это определение является максимально приближённым к истине, оно подходит к любым однородным кристаллическим телам.
В молекулярно-кинетической теории считается, что частицы кристаллических твердых тел непрерывно колеблются около положений равновесия. Колебательное движение частиц кристаллов – основное их движение. Однако частицы могут иногда перескакивать с места на место. Этому способствует тот факт, что в кристаллах имеются дефекты. Например, в пустое место в ряду – "дырку" – может перескочить частица из соседнего ряда. В результате образуется новая "дырка". В нее может перескочить частица другого ряда и т.д. Именно благодаря дефектам кристаллического строения твердые тела способны диффундировать друг в друга.
Как сама природа, так и человек может задать кристаллам форму, цвет и многие другие свойства. Природные кристаллы не всегда достаточно крупны, часто они неоднородны, в них имеются нежелательные примеси. При искусственном выращивании можно получить кристаллы крупнее и чище, чем в природе. Есть и такие кристаллы, которые в природе редки и ценятся дорого, а в технике, очень нужны. Поэтому разработаны лабораторные и заводские методы выращивания кристаллов алмаза, кварца, сапфира и др. Как сама природа, так и человек может задать кристаллам форму, цвет и многие другие свойства. Природные кристаллы не всегда достаточно крупны, часто они неоднородны, в них имеются нежелательные примеси. При искусственном выращивании можно получить кристаллы крупнее и чище, чем в природе. Есть и такие кристаллы, которые в природе редки и ценятся дорого, а в технике, очень нужны. Поэтому разработаны лабораторные и заводские методы выращивания кристаллов алмаза, кварца, сапфира и др.
Применение кристаллов. Применение кристаллических тел безгранично, но необходимо рассказать о некоторых применениях, которые я считаю современными в последнее время. Применение кристаллических тел безгранично, но необходимо рассказать о некоторых применениях, которые я считаю современными в последнее время.
1. Алмаз Самый твердый и самый редкий из природных минералов – алмаз. Благодаря своей исключительной твердости алмаз играет громадную роль в технике. Алмазными пилами распиливают камни. Колоссальное значение имеет алмаз при бурении горных пород, в горных работах. В граверных инструментах, делительных машинах, аппаратах для испытания твердости, сверлах для камня и металла вставлены алмазные острия. Алмазным порошком шлифуют и полируют твердые камни, закаленную сталь, твердые и сверхтвердые сплавы.
2. Рубин и сапфир 2. Рубин и сапфир Рубин и сапфир относятся к самым красивым и самым дорогим из драгоценных камней. Корундом можно сверлить, шлифовать, полировать, точить камень и металл. Из корунда и наждака делают точильные круги и бруски, шлифовальные порошки. Вся часовая промышленность работает на искусственных рубинах. На полупроводниковых заводах тончайшие схемы рисуют рубиновыми иглами. Новая жизнь рубина - это лазер или, как его называют в науке, оптический квантовый генератор (ОКГ) Основная масса кристаллов сапфира идет в полупроводниковую промышленность.
3. Кварц 3. Кварц Кремень, аметист, яшма, опал, халцедон все это разновидности кварца. Мелкие зернышки кварца образуют песок. А самая красивая, самая чудесная разновидность кварца - это и есть горный хрусталь, т.е. прозрачные кристаллы кварца. Поэтому из прозрачного кварца делают линзы, призмы и др. детали оптических приборов. Особенно удивительны электрические свойства кварца. Если сжимать или растягивать кристалл кварца, на его гранях возникают электрические заряды. Это - пьезоэлектрический эффект в кристаллах. Пьезоэлектрические кристаллы широко применяются для воспроизведения, записи и передачи звука.
4. Жидкие кристаллы (ЖК) Необычное сочетание слов "жидкие кристаллы", вероятно, многим уже знакомо, хотя далеко не все себе представляют, что же стоит за этим странным и, казалось бы противоречивым понятием. Жидкие кристаллы обладают двойственными свойствами, сочетая в себе свойство жидкостей (текучесть) и свойство кристаллических тел (анизотропию). Жидкие кристаллы делятся на две большие группы : Необычное сочетание слов "жидкие кристаллы", вероятно, многим уже знакомо, хотя далеко не все себе представляют, что же стоит за этим странным и, казалось бы противоречивым понятием. Жидкие кристаллы обладают двойственными свойствами, сочетая в себе свойство жидкостей (текучесть) и свойство кристаллических тел (анизотропию). Жидкие кристаллы делятся на две большие группы : 1. Термотропные ЖК, образующиеся в результате нагревания твердого вещества и существующие в определенном интервале температур и давлений и 1. Термотропные ЖК, образующиеся в результате нагревания твердого вещества и существующие в определенном интервале температур и давлений и 2. Лиотропные ЖК, которые представляют собой двух или более компонентные системы, образующиеся в смесях стержневидных молекул данного вещества и воды (или других полярных растворителей). Эти стержневидные молекулы имеют на одном конце полярную группу, а большая часть стержня представляет собой гибкую гидрофобную углеводородную цепь. Такие вещества называются амфифилами (амфи по-гречески означает с двух концов, филос любящий, благорасположенный). Примером амфифилов могут служить фосфолипиды. 2. Лиотропные ЖК, которые представляют собой двух или более компонентные системы, образующиеся в смесях стержневидных молекул данного вещества и воды (или других полярных растворителей). Эти стержневидные молекулы имеют на одном конце полярную группу, а большая часть стержня представляет собой гибкую гидрофобную углеводородную цепь. Такие вещества называются амфифилами (амфи по-гречески означает с двух концов, филос любящий, благорасположенный). Примером амфифилов могут служить фосфолипиды.
4. Жидкие кристаллы. Одно из важных направлений использования жидких кристаллов термография. Подбирая состав жидкокристаллического вещества, создают индикаторы для разных диапазонов температуры и для различных конструкций. Например, жидкие кристаллы в виде плёнки наносят на транзисторы, интегральные схемы и печатные платы электронных схем. Новые возможности получили врачи: жидкокристаллический индикатор на коже больного быстро диагностирует скрытое воспаление и даже опухоль. С помощью жидких кристаллов обнаруживают пары вредных химических соединений и опасные для здоровья человека гамма- и ультрафиолетовое излучения. На основе жидких кристаллов созданы измерители давления, детекторы ультразвука. Но самая многообещающая область применения жидкокристаллических веществ информационная техника. Такие телевизоры дают изображение весьма высокого качества, потребляя меньшее количество энергии. Одно из важных направлений использования жидких кристаллов термография. Подбирая состав жидкокристаллического вещества, создают индикаторы для разных диапазонов температуры и для различных конструкций. Например, жидкие кристаллы в виде плёнки наносят на транзисторы, интегральные схемы и печатные платы электронных схем. Новые возможности получили врачи: жидкокристаллический индикатор на коже больного быстро диагностирует скрытое воспаление и даже опухоль. С помощью жидких кристаллов обнаруживают пары вредных химических соединений и опасные для здоровья человека гамма- и ультрафиолетовое излучения. На основе жидких кристаллов созданы измерители давления, детекторы ультразвука. Но самая многообещающая область применения жидкокристаллических веществ информационная техника. Такие телевизоры дают изображение весьма высокого качества, потребляя меньшее количество энергии.
Вырастить кристаллы – это не пустая забава. В природе кристаллы растут на протяжении миллионов лет. А нельзя ли ускорить этот процесс? Оказывается можно. Кристаллизация – очень распространённый в физике процесс, редко какое производство без него обходится. Ни рубинов, ни алмазов, ни других драгоценных камней в условиях школьной лаборатории вырастить не можем. Но и то, что нам по плечу, тоже достаточно красиво. Вырастить кристаллы – это не пустая забава. В природе кристаллы растут на протяжении миллионов лет. А нельзя ли ускорить этот процесс? Оказывается можно. Кристаллизация – очень распространённый в физике процесс, редко какое производство без него обходится. Ни рубинов, ни алмазов, ни других драгоценных камней в условиях школьной лаборатории вырастить не можем. Но и то, что нам по плечу, тоже достаточно красиво.
Все кристаллы получал из насыщенных растворов, то есть из таких, в которых растворено так много вещества, что больше оно уже не растворяется. Воду для этих целей необходимо нагреть, тогда она вместит больше вещества. Я начал выращивать кристаллы с веществ попроще – из поваренной соли и медного купороса. Приготовил насыщенные растворы.. Кристаллы росли 10 дней в разных физических условиях: различная температура охлаждения, медленное и быстрое испарение, и затравки были на различных нитях (шерстяная и х/б), четвёртый опыт длился 3 суток. Вот что получилось:
Согласно новой теории, предложенной чешскими учеными твердость кристалла объясняется силой молекулярных связей, направленных перпендикулярно, а не параллельно приложенному усилию. Такая модель открывает путь к созданию уникальных по своей твердости минералов. Согласно новой теории, предложенной чешскими учеными твердость кристалла объясняется силой молекулярных связей, направленных перпендикулярно, а не параллельно приложенному усилию. Такая модель открывает путь к созданию уникальных по своей твердости минералов. Твердость – это сопротивление постоянному изменению формы тела происходящему, когда отдельные его атомы перемещаются на новые места. Твердость представляет собой некую комбинацию прочности, пластичности, вязкости. Твердость – это сопротивление постоянному изменению формы тела происходящему, когда отдельные его атомы перемещаются на новые места. Твердость представляет собой некую комбинацию прочности, пластичности, вязкости. Я попытался вырастить твердый кристалл. Он рос 2 недели, при этом постоянно добавлял медный купорос и раствор каждый вечер подогревался. Условия роста кристалла: быстрое испарение (подогрев), охлаждение (раствор стоял на подоконнике ), нормальное освещение, без воздействия магнитного поля, при нормальном атмосферном давлении. Я попытался вырастить твердый кристалл. Он рос 2 недели, при этом постоянно добавлял медный купорос и раствор каждый вечер подогревался. Условия роста кристалла: быстрое испарение (подогрев), охлаждение (раствор стоял на подоконнике ), нормальное освещение, без воздействия магнитного поля, при нормальном атмосферном давлении.
Тема «Кристаллы» актуальна, и если в неё вникнуть глубже, то она будет интересна каждому, даст ответы на многие вопросы, а самое главное – безграничное применение кристаллов. Кристаллы загадочны по своей сущности и настолько неординарны, что в моей работе была рассказана лишь малая часть того, что известно о кристаллах и их применении в настоящее время. Может быть, что кристаллическое состояние вещества – это та ступенька, которая объединила неорганический мир с миром живой материи. Будущее новейших технологий принадлежит кристаллам и кристаллическим агрегатам! Тема «Кристаллы» актуальна, и если в неё вникнуть глубже, то она будет интересна каждому, даст ответы на многие вопросы, а самое главное – безграничное применение кристаллов. Кристаллы загадочны по своей сущности и настолько неординарны, что в моей работе была рассказана лишь малая часть того, что известно о кристаллах и их применении в настоящее время. Может быть, что кристаллическое состояние вещества – это та ступенька, которая объединила неорганический мир с миром живой материи. Будущее новейших технологий принадлежит кристаллам и кристаллическим агрегатам!