Кристаллы физика 10 класс сообщение
Обновлено: 31.05.2024
Мы живём на поверхности твёрдого тела — земного шара, в домах, построенных из твёрдых тел. Различные приборы, орудия труда сделаны из твёрдых тел. Знать свойства твёрдых тел необходимо.
Что такое твёрдое тело? Чем мы пренебрегали, когда в механике считали, что тело абсолютно твёрдое?
Каковы физические свойства твёрдых тел?
Какие физические величины характеризуют свойства твёрдых тел?
Твёрдые тела сохраняют не только свой объём, как жидкости, но и форму. Они находятся преимущественно в кристаллическом состоянии.
Кристаллы — это твёрдые тела, атомы или молекулы которых занимают определённые, упорядоченные положения в пространстве.
Поэтому кристаллы имеют плоские грани. Например, крупинка обычной поваренной соли имеет плоские грани, составляющие друг с другом прямые углы (рис. 12.1). Это можно заметить, рассматривая соль с помощью лупы. А как геометрически правильна форма снежинки! В ней также отражена геометрическая правильность внутреннего строения кристаллического твёрдого тела — льда (рис. 12.2).
Анизотропия кристаллов.
Однако правильная внешняя форма не единственное и даже не самое главное следствие упорядоченного строения кристалла.
Главное следствие упорядоченного строения — это зависимость физических свойств кристалла от выбранного в кристалле направления.
>Зависимость физических свойств от направления внутри кристалла называют анизотропией.
Прежде всего бросается в глаза различная механическая прочность кристаллов по разным направлениям. Например, кусок слюды легко расслаивается в одном из направлений на тонкие пластинки (рис. 12.3), но разорвать его в направлении, перпендикулярном пластинкам, гораздо труднее. Так же легко расслаивается в одном направлении кристалл графита.
Когда вы пишете карандашом, такое расслоение графита происходит непрерывно и его тонкие слои остаются на бумаге.
Это происходит потому, что кристаллическая решётка графита имеет слоистую структуру. Слои образованы рядом параллельных сеток, состоящих из атомов углерода (рис. 12.4). Атомы располагаются в вершинах правильных шестиугольников. Расстояние между слоями сравнительно велико — примерно в 2 раза больше, чем длина стороны шестиугольника, поэтому связи между слоями менее прочны, чем связи внутри их.
Многие кристаллы по-разному проводят тепло и электрический ток в различных направлениях. От направления зависят и оптические свойства кристаллов.
Все кристаллические тела анизотропны.
Монокристаллы и поликристаллы.
Кристаллическую структуру имеют металлы.
При падении света на кристалл кварца световой поток распадается на два потока, идущие в кристалле по разным направлениям. Это явление получило название двойного лучепреломления.
Если взять сравнительно большой кусок металла, то на первый взгляд его кристаллическое строение никак не проявляется ни во внешнем виде этого куска, ни в его физических свойствах. Металлы в обычном состоянии не обнаруживают анизотропии.
Дело здесь в том, что обычно металл состоит из огромного количества сросшихся друг с другом маленьких кристалликов. Под микроскопом или даже с помощью лупы их нетрудно рассмотреть, особенно на свежем изломе металла (рис. 12.5). Свойства каждого кристаллика зависят от направления, но кристаллики ориентированы по отношению друг к другу беспорядочно. В результате в объёме, значительно превышающем объём отдельных кристалликов, все направления внутри металлов равноправны и свойства металлов одинаковы по всем направлениям.
Твёрдое тело, состоящее из большого числа маленьких кристалликов, называют поликристаллическим. Одиночные кристаллы называют монокристаллами.
В обычных условиях поликристаллическое тело образуется в результате того, что начавшийся рост многих кристаллов продолжается до тех пор, пока они не приходят в соприкосновение друг с другом, образуя единое тело.
К поликристаллам относятся не только металлы. Кусок сахара, например, также имеет поликристаллическую структуру.
Соблюдая большие предосторожности, можно вырастить металлический кристалл больших размеров — монокристалл.
В 2004 г. был получен графен — двумерный кристалл, состоящий из одиночного слоя атомов углерода и имеющий идеальную гексагональную решётку (рис. 12.6). В 30-х годах прошлого века было доказано, что двумерные кристаллы неустойчивы и легко разрушаются.
Однако графен имеет волнообразную структуру, что определяет его устойчивость. Графен обладает уникальными свойствами — он прочен, имеет высокую проводимость и прозрачен. Из него можно собрать трёхмерный кристалл графита.
Основы термодинамики. Тепловые явления - Физика, учебник для 10 класса - Класс!ная физика
Жидкие кристаллы — это не определённый вид вещества, а комплексное определение состояния некоторых тел. Это значит, что определённые вещества могут при соблюдении условий вести себя и как жидкости, и как твёрдые тела. При написании реферата о жидких кристаллах и их применении можно более глубоко изучить особенности и уникальные свойства этого материала.
Что такое текучие материалы
Примерно до конца XIX века считалось, что существует два вида веществ — с твёрдой структурой тела и с текучей. Но в 1888 году был обнаружен ряд странных свойств у холестерилбензоата. Позже, общую закономерность в свойствах некоторых тел обнаружил немецкий физик Отто Леман, экспериментируя со своим проектом. По сути, он и открыл возможность веществ иметь разные свойства в разных состояниях.
Если кратко, то жидкокристаллическое состояние выражается в одновременной текучести и вместе с тем, упорядоченным расположением молекул. Однако, жёсткой кристаллической решётки в таких телах нет. Одно из ключевых свойств жидких кристаллов — ориентированный порядок расположения молекул.
В разных фазах и у различных веществ это расположение тоже может меняться. Таким образом, достигается гибкость разработки и широкий спектр применения жидких кристаллов в медицине, промышленности, бытовой технике и электронике.
Виды и категории
Иерархия фаз ЖК сложна и немного запутана. Существует две больших группы:
Лиотропные — двух или более компонентные вещества. Текучее состояние в такой среде обеспечивает какой-либо из видов растворителей, например, вода. А упорядоченность молекул и твёрдое состояние гарантируют свойства основного элемента.
Термотропные в общем случае образуются при нагревании вещества. Они, в свою очередь, могут быть представителями одного из подклассов:
- нематические;
- смектические;
- холестерические.
Нематические не имеют жёсткого порядка в строении молекул. Тем не менее, молекулы всегда направлены своими острыми частями в одну сторону и непрерывно скользят вдоль своей длинной оси. По сути, они ведут себя как обычные жидкости.
Смектические ЖК имеют слои, которые могут перемещаться относительно друг друга. Толщина одного слоя равна длине молекул. Такая техника построения молекул придаёт большую вязкость и более высокую плотность, чем у нематической группы. Стоит отметить, что смектические кристаллы делятся ещё на три категории: A, B и С.
Холестерические жидкие кристаллы, как можно понять из названия, содержит в себе производные холестерина, помимо других веществ. Но, по сути, этот тип представляет собой нематические материалы. Только их молекулы расположены таким образом, что представляют собой спирали, которые очень остро реагируют на любое изменение температуры. При этом меняется окрас самого вещества. Эту биологическую функцию можно использовать в медицинских целях, а также там, где необходимо оперативно реагировать на изменения температуры.
Свойства и характеристики
Не менее интересны и тема оптических свойств. Проходя через некоторые виды жидких материалов, свет работает так же, как и в твёрдых. То есть расщепляется на два — необыкновенный и обыкновенный. Направление поляризации первого совпадает с направлением оптической оси кристалла, а второго — перпендикулярно ему. При правильном использовании этой особенности можно с помощью внешних воздействий управлять переходом света через материал.
Области применения
Различные свойства и характеристики ЖК позволяют использовать их практически во всех отраслях. Оптические способности активно используются в производстве целой гаммы приборов — от микроскопов до больших экранов мониторов. Природа прохождения лучей через ЖК позволяет управлять ими буквально с любой микросхемы. А малое потребление гарантирует максимальную экономичность. В отличие от плазменных экранов, ЖК-мониторы имеют более сочную картинку и долговечность.
Особенность кристаллов быстро реагировать на малейшее изменение температуры нашла своё практическое применение в медицине. Например, белый свет, проходя через ЖК разлагается в спектр, который будет неоднородным при разных температурах. И по лучам можно определить точную степень изменения температуры тела. Собственно, это же открытие применяется и для контроля за нагревом различных материалов в самых разных отраслях.
Перспективы жидких кристаллов
Несомненно, открытие уникальных новых свойств уже известных материалов позволило осуществить массу открытий в самых разных областях деятельности человека. Даже читая этот краткий доклад, пользователь, скорее всего, делает это с помощью жидких кристаллов, не подозревая об этом.
Несмотря на то что изучен большой пласт физических свойств элементов, учёные продолжают находить им всё новое применение, совершенствуя приборы и технологии. В журналах и газетах, специализирующихся на химии, физике и прочих естественных науках, продолжают публиковаться всё новые и новые достижения в области материалов с двумя агрегатными состояниями.
Вы можете изучить и скачать доклад-презентацию на тему Кристаллические тела (10 класс). Презентация на заданную тему содержит 17 слайдов. Для просмотра воспользуйтесь проигрывателем, если материал оказался полезным для Вас - поделитесь им с друзьями с помощью социальных кнопок и добавьте наш сайт презентаций в закладки!
Кристаллы — это твёрдые вещества, имеющие естественную внешнюю форму правильных симметричных многогранников, основанную на их внутренней структуре, то есть на одном из нескольких определённых регулярных расположений составляющих вещество частиц (атомов, молекул, ионов).
Кристаллическая структура - такая совокупность атомов, в которой с каждой точкой кристаллической решетки связанно определенная группа атомов, называемая мотивной единицей, причем все такие группы одинаковы по составу, строению и ориентации относительно решетки. Можно считать, что структура возникает в результате синтеза решетки и мотивной единицы, в результате размножения мотивной единицы группой трансляции.
- Для учеников 1-11 классов и дошкольников
- Бесплатные сертификаты учителям и участникам
Описание презентации по отдельным слайдам:
Кристаллы физика 10 класс Парамонова О.В. учитель физики МОУ Белозерская СШ № 1 Пользователь:
ЦЕЛЬ Исследовать область применения кристаллов Изучить современные разработки и перспективы применения новейших технологий в будущем. Парамонова О.В. учитель физики МОУ Белозерская СШ № 1
Задачи Обобщить информацию о кристаллах; Изучить современные технологии и отобрать наиболее перспективные направления; Изучить строение, свойства и применение жидких и фотонных кристаллов. Парамонова О.В. учитель физики МОУ Белозерская СШ № 1
Что же такое кристаллы? Это твердые тела, атомы или молекулы которых занимают определенные упорядоченные положения в пространстве. Парамонова О.В. учитель физики МОУ Белозерская СШ № 1
Парамонова О.В. учитель физики МОУ Белозерская СШ № 1
Виды кристаллов Одиночные кристаллы Твердое тело, состоящее из большого числа маленьких кристалликов монокристаллы поликристаллы Парамонова О.В. учитель физики МОУ Белозерская СШ № 1
МОНОКРИСТАЛЛЫ АЛМАЗ Парамонова О.В. учитель физики МОУ Белозерская СШ № 1
Монокристаллы Розовый кварц слюда сапфир Парамонова О.В. учитель физики МОУ Белозерская СШ № 1
Поликристаллы Парамонова О.В. учитель физики МОУ Белозерская СШ № 1
Кристаллы Кристаллы сыграли важную роль во многих технических новинках ХХ века. Некоторые кристаллы генерируют электрический заряд при деформации. Первое применение – изготовление генераторов радиочастоты со стабилизацией кварцевыми кристаллами. Парамонова О.В. учитель физики МОУ Белозерская СШ № 1
До каких размеров может доходить кристалл ? Гигантские кристаллы селенита (кристаллического гипса) имеют колончатую структуру. Наибольшие кристаллы имеют длину 10-15 метров, достигают 1,2 метра в поперечнике и весят около 55 тонн. К сожалению, увидеть это чудо могут далеко не все из-за экстремальных условий в пещерах (температура достигает 65 градусов по Цельсию при абсолютной 100%-ной влажности). Парамонова О.В. учитель физики МОУ Белозерская СШ № 1
Область применения Полупроводниковые приборы изготовляют из кристаллических веществ – кремния и германия. Полупроводниковые диоды используются в компьютерах и системах связи. Транзисторы применяют в радиотехнике, солнечные батареи на космических летательных аппаратах (преобразуют солнечную энергию в электрическую). Парамонова О.В. учитель физики МОУ Белозерская СШ № 1
Область применения Кристаллы – усилители волн СВЧ-диапазона. В радиоприемниках и радиопередатчиках, в головках звукоснимателей и в гидролокатарах. Модуляторы и генераторы световых пучков под действием напряжения. Парамонова О.В. учитель физики МОУ Белозерская СШ № 1
Область применения Искусственные кристаллы. В 1902 г удалось получить рубины и сапфиры В конце 1940-х годов были синтезированы изумруды 1955 г изготовили искусственные алмазы. Синтез рубинов из порошка оксида алюминия. Выращивания оптического кварца. Парамонова О.В. учитель физики МОУ Белозерская СШ № 1
Общие свойства кристаллов Пространственная решетка Полиморфизм – устойчивость в определенном интервале температур и давлений. Анизотропия – зависимость от направления. Спайность – силы сцепления между атомами. Излом – форма поверхности фрагментов минерала. Оптические свойства (цвет, светопре-ломление) Парамонова О.В. учитель физики МОУ Белозерская СШ № 1
Проблема В природе часто встречаются твердые тела, имеющие форму правильных многогранников. Такие тела назвали кристаллами. Но не все кристаллы имеют геометрически правильную форму. Какими же свойствами обладают такие кристаллы и где они применяются? Парамонова О.В. учитель физики МОУ Белозерская СШ № 1
Что такое жидкие кристаллы Жи́дкие криста́ллы (сокращённо ЖК) — это фазовое состояние, в которое переходят некоторые вещества при определенных условиях (температура, давление, концентрация в растворе). Жидкие кристаллы обладают одновременно свойствами как жидкостей (текучесть), так и кристаллов (анизотропия). По типу ЖК обычно разделяют на две большие группы: нематики и смектики. Парамонова О.В. учитель физики МОУ Белозерская СШ № 1
Схематический вид жидкого кристалла Текстура жидкого кристалла Парамонова О.В. учитель физики МОУ Белозерская СШ № 1
Холестерические жидкие кристаллы Холестерические жидкие кристаллы (ХЖК, холестерики) — это жидкие кристаллы, обладающие свойством спиральности, то есть в них отсутствует центральная симметрия.. Парамонова О.В. учитель физики МОУ Белозерская СШ № 1
Термотропные жидкие кристаллы Термотропные жидкие кристаллы, образующиеся в результате нагревания твердого вещества и существующие в определенном интервале температур и давлений. Они делятся на 3 большие класса: Парамонова О.В. учитель физики МОУ Белозерская СШ № 1
Классы жидких кристаллов 1 класс Нематические жидкие кристаллы. В этих кристаллах отсутствует дальний порядок в расположении центров тяжести молекул, у них нет слоистой структуры, их молекулы скользят непрерывно в направлении своих длинных осей, вращаясь вокруг них, но при этом сохраняют ориентационный порядок: длинные оси направлены вдоль одного преимущественного направления. Они ведут себя подобно обычным жидкостям. Парамонова О.В. учитель физики МОУ Белозерская СШ № 1
Классы жидких кристаллов 2 класс Смектические жидкие кристаллы имеют слоистую структуру, слои могут перемещаться друг относительно друга. Толщина смектического слоя определяется длиной молекул, однако вязкость смектиков значительно выше чем у нематиков и плотность по нормали к поверхности слоя может сильно меняться. Парамонова О.В. учитель физики МОУ Белозерская СШ № 1
Классы жидких кристаллов 3 класс Холестерические жидкие кристаллы — это нематические ЖК, но их длинные оси повернуты друг относительно друга так, что они образуют спирали, очень чувствительные к изменению температуры вследствие чрезвычайно малой энергии образования этой структуры (порядка 0,01 Дж/моль). Парамонова О.В. учитель физики МОУ Белозерская СШ № 1
Парамонова О.В. учитель физики МОУ Белозерская СШ № 1
Жидкие Кристаллы в науке и технике Одно из важных направлений использования жидких кристаллов — термография. Подбирая состав жидкокристаллического вещества, создают индикаторы для разных диапазонов температуры. Например, жидкие кристаллы в виде плёнки наносят на транзисторы, интегральные схемы и печатные платы электронных схем. Парамонова О.В. учитель физики МОУ Белозерская СШ № 1
Применение жидких кристаллов Зависимость цвета от температуры используется для медицинской диагностики. Контроль качества изделий без их разрушения. Производство наручных часов и калькуляторов. Плоские телевизоры с тонким жидкокристаллическим экраном. Парамонова О.В. учитель физики МОУ Белозерская СШ № 1
Применение жидких кристаллов в будущем . Управляемые оптические транспоранты Пространственно-временные модуляторы света (усилители яркости света) Очки для космонавтов (при работе с ярким солнечным светом жк - фильтры) ЖК-фильтры в кино-, фотоаппаратуре (прерыватели солнечного света, автоматическая установка диафрагмы) Парамонова О.В. учитель физики МОУ Белозерская СШ № 1
Фотонные кристаллы Один из объектов нанотехнологии. Парамонова О.В. учитель физики МОУ Белозерская СШ № 1
Опал – фотонный кристалл Парамонова О.В. учитель физики МОУ Белозерская СШ № 1
Применение фотонных кристаллов Фотонные кристаллы будут применять в качестве световодов. Принцип действия – многократное полное отражение света за счет разного показателя преломления. Хранение и обработка информации – ловушки для фотонов. Повышение эффективности ламп накаливания. Созданы зеркала, которые отражают определенные длины волн для любого выбранного угла. Создан лазер размером 50 микрон. Парамонова О.В. учитель физики МОУ Белозерская СШ № 1
Технологии изучения кристаллов ТFT – технологии - изготовление плоскопанельных дисплеев (угол обзора 140 ◦, плохая контрастность, низкое время реакции). IPS – технологии (угол обзора до 170◦) MVA – технологии (угол обзора до 160◦, высокая контрастность и малое время реакции пикселя) Парамонова О.В. учитель физики МОУ Белозерская СШ № 1
выводы Все физические свойства зависят от строения кристаллов. В настоящее время жидкие кристаллы нашли широкое применение. Приборы будущего будут построены на фотонных кристаллах. Решающим фактором успеха технологии изготовления жидкокристаллических дисплеев является высокое значение угла зрения и приемлемое время реакции. Парамонова О.В. учитель физики МОУ Белозерская СШ № 1
Рефлексия Что сегодня нового вы узнали на уроке? Что вам понравилось? Что запомнилось больше всего? Что не понравилось? Что бы вы хотели ещё узнать по данной теме. Парамонова О.В. учитель физики МОУ Белозерская СШ № 1
Домашнее задание Физика 10 класс Мякишев Г.Я., § 73, 74 попробуйте вырастить кристалл (соли) в домашних условиях. Сравнить свойства кристаллических и аморфных тел. Парамонова О.В. учитель физики МОУ Белозерская СШ № 1
Читайте также: