Твердые тела и их свойства

Твёрдые тела Мы живем на поверхности твердого тела – земного шара, в сооружениях, построенных из твердых тел. Наше тело, хотя и содержит 65% воды, тоже твердое. Знать свойства твердых тел жизненно необходимо.

На каком рисунке показаны молекулы твердого тела?

Анимация « Движение молекул в кристаллах»

Выберите свойства твердых тел 1. Сохраняют объем, но не имеют определенной формы. 2. Не имеют формы, занимают весь предоставленный объем. 3. Сохраняют и объем и форму.

Твердые тела Аморфные Кристаллические

Кристааллы монокристааллы жидкие кристааллы поликристааллы Одиночные кристааллы Множество сросшихся монокристаллов,расположенных беспорядочно Некоторые органические вещества, обладающие свойствами и жидкостей, и твердых тел. Кварц Алмаз Графит Турмалин Слюда Крупинки соли, сахара Кремний Сахар-рафинад, Кусок соли Сталь Чугун Метааллы

Анимация « Монокристааллы и поликристааллы»

Атомы расположены упорядоченно в узлах кристаллической решетки Имеют форму правильных многогранников Анизатропны Анизотропия – это зависимость физических свойств от направления внутри вещества

Анимация « Кристаллическая решетка»

Графит и алмаз состоят из углерода.

Сравнительная характеристика Необычайно твердый Прозрачный Не проводит электрический ток (диэлектрик) Имеет большую теплопроводность Обработанные алмазы- брильянты Мягок (легко расщепляется) Непрозрачен Электропроводен (изготавливают электроды) Жаропрочен Не похож на драгоценный камень Перестроение кристаллической решетки P=10ГПа t= С Алмаз Графит

Правильная геометрическая форма кристаллов

БЛАГОДАРЯ ЗАМЕЧАТЕЛЬНЫМ ФИЗИЧЕСКИМ СВОЙСТВАМ МОНОКРИСТАЛЛЫ НАХОДЯТ ОЧЕНЬ ВАЖНЫЕ ПРИМЕНЕНИЯ. ПЕРВЫМИ СТАЛИ ОБРАБАТЫВАТЬ КРИСТАЛЛЫ ЮВЕЛИРЫ. УЖЕ В ДРЕВНОСТИ БЫЛО РАЗВИТО ИСКУССТВО ШЛИФОВАТЬ ДРАГОЦЕННЫЕ КАМНИ И ИЗ НЕ ОЧЕНЬ КРАСИВЫХ МОНОКРИСТАЛЛОВ СОЗДАВАТЬ СВЕРКАЮЩИЕ ГРАНЯМИ УКРАШЕНИЯ

Применения кристаллов в науке и технике так многочисленны и разнообразны, что их трудно перечислить. Поэтому ограничимся несколькими примерами. Самый твердый и самый редкий из природных минералов - алмаз. Сегодня алмаз в первую очередь камень-работник, а не камень-украшение. Благодаря своей исключительной твердости алмаз играет громадную роль в технике. Алмазными пилами распиливают камни. Алмазная пила - это большой (до 2-х метров в диаметре) вращающийся стальной диск, на краях которого сделаны надрезы или зарубки. Мелкий порошок алмаза, смешанный с каким-нибудь клейким веществом, втирают в эти надрезы. Такой диск, вращаясь с большой скоростью, быстро распиливает любой камень. 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. Сам алмаз можно резать, шлифовать и гравировать тоже только алмазом. Наиболее ответственные детали двигателей в автомобильном и авиационном производстве обрабатывают алмазными резцами и сверлами. Рубин и сапфир относятся к самым красивым и самым дорогим из драгоценных камней. У всех этих камней есть и другие качества, более скромные, но полезные. Кроваво-красный рубин и лазарево-синий сапфир - это родные братья, это вообще один и тот же минерал - корунд, окись алюминия А12О3. Разница в цвете возникла из-за очень малых примесей в окиси алюминия: ничтожная добавка хрома превращает бесцветный корунд в кроваво-красный рубин, окись титана - в сапфир. Есть корунды и других цветов. Есть у них ещё совсем скромный, невзрачный брат: бурый, непрозрачный, мелкий корунд - наждак, которым чистят металл, из которого делают наждачную шкурку. Корунд со всеми его разновидностями - это один из самых твердых камней на Земле, самый твердый после алмаза. 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. В текстильной и химической промышленности рубиновые нитеводители вытягивают нити из искусственных волокон, из капрона, из нейлона Новая жизнь рубина - это лазер или, как его называют в науке, оптический квантовый генератор (ОКГ), чудесный прибор наших дней. В 1960 г. был создан первый лазер на рубине. Оказалось, что кристалл рубина усиливает свет. Лазер светит ярче тысячи солнц. Мощный луч лазера громадный мощностью. Он легко прожигает листовой металл, сваривает металлические провода, прожигает металлические трубы, сверлит тончайшие отверстия в твердых сплавах, алмазе. Эти функции выполняет твердый лазер, где используется рубин, гранат с неодимом. В глазной хирургии применяется чаще всего неодимовые лазеры и лазеры на рубине. В наземных системах ближнего радиуса действия часто используются инжекционные лазеры на арсениде галлия.

Алмаз Режущие инструменты, подшипники хронометров морских судов, ювелирные украшения Кварц, слюда Электротехника Флюорит, турмалин, исландский шпат Изготовление оптических приборов Рубин Лазер, оптические приборы, ювелирные украшения, камни для часов, изготовление химических волокон Сапфир, аметист Ювелирные украшения Кристааллы высокой химической чистоты Научные исследования Германий, кремний Полупроводниковые электронные приборы

Наряду с природными монокристаллами сегодня изготавливают и успешно применяют искусственные монокристааллы Искуственные монокристааллы выращиваются в лабораторных условиях.

Производство и применение искусственных монокристаллических высокочистых материалов получило особенное развитие после открытия в 1948 г. транзисторного эффекта. Прогресс физики твердого тела привел к завоеванию чистыми монокристаллическими материалами все новых и новых областей применения. Кварц и слюда, традиционные, но довольно дорогие материалы для оптики и электроники, производятся сейчас в виде крупных монокристаллов. Процесс, протекающий в природе миллион лет, удается осуществить в искусственных условиях (при высоких давлениях) за значительно более короткое время, причем кристааллы обладают недостижимой в природе чистотой и размерами до нескольких дециметров. Алмаз редко встречается в природе, и поэтому в промышленности применяется только при производстве изделий, работающих при экстремальных нагрузках, например в специальных пилах, сверлах и т. п.Но даже его можно искусственно синтезировать при высоких давлениях. В настоящее время ежегодно производится уже около 10 тонн искусственных алмазов, используемых для изготовления инструментов и шлифовальных паст. Синтезированный при высоких давлениях нитрид борг, с кубической кристаллической структурой превосходит алмаз по твердости и к тому же обладает при высоких температурах хорошей устойчивостью по отношению к кислороду воздуха. Монокристааллы металлов также нашли широкое применение при производстве деталей, подвергающихся большим нагрузкам. Уже несколько лет турбинные лопатки изготавливают из так называемой монокристаллической стали, состоящей из параллельно ориентированных кристаллов.. Но чтобы использовать монокристааллы, нужно их сначала вырастить. Большие монокристааллы выращивают из газовой фазы, из раствора или из расплава. Необходимым условием в любом случае является высокочистый исходный материал. Кроме того, должны соблюдаться определенные внешние условия: температура должна меняться равномерно, сотрясений нужно избегать. Для выращивания кристалла соли из раствора затравочный кристаллик подвешивают на тонкой нити в ее насыщенном водном растворе. Если теперь этот раствор очень медленно выпаривать, то соль будет осаждаться в основном на затравочном кристаллике, который вырастет в большой монокристалл.

Анимация «Получение монокристалла соли»

Искуственные монокристааллы Фианиты- искусственные бриллианты

Поликристааллы- кристааллы, состоящие из многочисленных, сросшихся между собой кристалликов (монокристаллов) Физические свойства: 1)Правильна я форма. 2)Постоянная температура плавления 3)Изотропия (т.е. их физические свойства одинаковы по всем направлениям ) Аметист(разновидность кварца)

Свойства поликристаллов Атомы расположены упорядоченно Изотропны Не имеют правильной геометрической формы Имеют определенную температуру плавления

Из поликристаллов наибольшее применение находят метааллы Метааллы обладают твердостью, это позволяет делать из них станки и машины. Ковкость металлов позволяет изготавливать изделия различной конфигурации. Расширение при нагревании используется в термометрах. Металлические утюги и сковороды обладают высокой теплопроводностью. Провода делают из металла, потому что металл обладает электропроводностью)

Жидкие кристааллы Жидкие кристааллы Жидкие кристааллы Жидкие кристааллы Жидкие кристааллы – это органические вещества, обладающие свойством текучести, но в то же время в них наблюдается упорядоченность. Упорядоченность наблюдается на некоторых областях, называемыми доменами.Жидкие кристааллы

Жи́дкие криста́аллы (сокращённо ЖК) вещества, обладающие одновременно свойствами как жидкостей (текучесть), так и кристаллов (анизотропия). По структуре ЖК представляют собой жидкости, похожие на желе, состоящие из молекул вытянутой формы, определённым образом упорядоченных во всем объёме этой жидкости. Наиболее характерным свойством ЖК является их способность изменять ориентацию молекул под воздействием электрических лучей. Жидкие кристааллы открыл в 1888 г. австрийский ученый Ф. Рейнитцер.В 1963 г. американец Дж. Фергюсон использовал важнейшее свойство жидких кристаллов изменять цвет под воздействием температуры для обнаружения невидимых простым глазом тепловых полей. После того как ему выдали патент на изобретение, интерес к жидким кристаллам резко возрос. В 1968 г. американские учёные создали принципиально новые индикаторы для систем отображения информации. Принцип их действия основан на том, что молекулы жидких кристаллов, поворачиваясь в электрическом поле, по-разному отражают и пропускают свет. Под воздействием напряжения, которое подавали на проводники, впаянные в экран, на нём возникало изображение, состоящее из микроскопических точек. И всё же только после 1973 г., когда группа английских химиков под руководством Джорджа Грея синтезировала жидкие кристааллы из относительно дешёвого и доступного сырья, эти вещества получили широкое распространение в разнообразных устройствах. Одно из важных направлений использования жидких кристаллов термография. Подбирая состав жидкокристаллического вещества, создают индикаторы для разных диапазонов температуры и для различных конструкций. Например, жидкие кристааллы в виде плёнки наносят на транзисторы, интегральные схемы и печатные платы электронных схем. Неисправные элементы сильно нагретые или холодные, неработающие сразу заметны по ярким цветовым пятнам. Новые возможности получили врачи: жидкокристаллический индикатор на коже больного быстро диагностирует скрытое воспаление и даже опухольС помощью жидких кристаллов обнаруживают пары́ 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. От первых индикаторов, знакомых всем по электронным часам, до цветных телевизоров с жидкокристаллическим экраном размером с почтовую открытку прошло лишь несколько лет. Такие телевизоры дают изображение весьма высокого качества, потребляя меньшее количество энергии.анизотропиямолекул 1888Рейнитцер 1963 тепловых полей индикаторынапряженияпроводникиэкран 1973 термографияиндикаторы транзисторыинтегральные схемыпечатные платывоспалениеопухольгаммаультрафиолетовоедавленияультразвукателевизоров жидкокристаллическим экраном

Применение жидких кристаллов Расположение молекул в жидких кристаллах изменяется под действием таких факторов, как температура, давление, электрические и магнитные поля; изменения же расположения молекул приводят к изменению оптических свойств, таких, как цвет, прозрачность и способность к вращению плоскости поляризации проходящего На всем этом основаны многочисленные применения жидких кристаллов.

Аморфные тела. Это твёрдые тела, у которых нет строгого порядка в расположении атомов Примеры (кремнезём, смола, стекло, канифоль, сахарный леденец)

Физические свойства: нет постоянной температуры плавления по мере повышения температуры размягчаются. изотропны, т.е. их физические свойства одинаковы по всем направлениям при низких температурах они ведут себя подобно кристаллическим телам, а при высокой подобны жидкостям. Аморфные тела.

Задания по молекулярной физике

Виды деформации

Анимация « Виды деформаций»

абсолютной Физическая величина, равная модулю разности конечной и начальной длины деформированного тела, называется абсолютной деформацией: L = L – L 0 относительной Физическая величина, равная отношению абсолютной деформации тела к его начальной длине, называют относительной деформацией: = L/ L 0 = ( L/ L 0 )*100 %

Закон Гука При малых деформациях механическое напряжение прямо пропорционально относительному удлинению. = Е * = Е *

Диаграмма растяжения ОАВ – область упругих деформаций т.В – предел упругости ВС – область пластических деформаций т.С – предел пластичности СД – область текучести ДЕ – с увеличением нагрузки удлинение быстро начинает возрастать т.Е – предел прочности ЕК - разрушение образца

Домашнее задание § 75,76 ( пересказ) найти в сети Интернет и подготовить интересную информацию о кристаллах