ПРЕЗЕНТАЦИЯ ПО ФИЗИКЕ-КРИСТАЛЛЫ 8 КЛ

Слайд #1

Кристаллы. Их выращивание и применение.
Работу выполнила
Учитель физики
Русскова Р.Н

Слайд #2

Содержание.
Введение.
Цель работы и Задачи.
Твердые кристаллические тела Понятие “кристалл”..
Основные свойства кристаллов.
Применение твердых кристаллов.
Жидкие кристаллы Понятие “жидкий кристалл”.
Классификация жидких кристаллов и их физические свойства.
Применение жидких кристаллов.
Как растут кристаллы.
Опыт.
Применение жидких кристаллов в будущем.
Вывод.
Используемая литература.

Слайд #3

Введение.
Тема выращивания кристаллов становится все более актуальной для всего человечества. В настоящее время кристаллы буквально вошли в каждый дом.
В сердце каждого телевизора, сотового телефона, компьютера находится кристалл. Выращивание кристаллов сохраняет природные богатства и ускоряет научно-технический прогресс. Сейчас мы знаем, что даже некоторые части нашего организма кристалличны, например, роговица глаза. Мир кристаллов и мир людей стали неразрывны.

Слайд #4

Цель работы и Задачи.
Цель работы: Изучить теорию, методику выращивания кристаллов. Вырастить несколько кристаллов.
Задачи: Узнать что такое твердые и жидкие кристаллы, какими свойствами они обладают, как растут кристаллы и где они применяются, каковы перспективы применения кристаллов в будущем.

Слайд #5

Твердые кристаллические тела.
Понятие “кристалл”.
Слово “кристаллос” у древних греков обозначало лед. Так же назывался и водяно-прозрачный кварц (горный хрусталь), ошибочно считавшийся тогда “окаменевшим льдом”. После этот термин был распространен на все кристаллические тела.
В школьных учебниках кристаллами обычно называют твердые тела, образующиеся в природных или лабораторных условиях и имеющие вид многогранников. Кристаллы могут и не иметь правильной геометрической формы, а встречаться в виде зерен, имеющих неправильные контуры, но они, так же как и обломки любого кристалла, обладают рядом свойств, позволяющих отличить их от аморфных твердых тел. Вспомним гранит, состоящий из зерен полевого шпата, кварца и слюды. Все эти зерна*кристаллы. Гранит возник из огненно-жидкого глубинного расплава-магмы. В процессе остывания из него выпадало множество кристалликов полевого шпата, кварца и слюды. Одновременно рост всех этих твердых образований, мешавших друг другу развиваться, и привел к тому, что отдельные кристаллы не смогли получить свойственную им правильную многогранную форму. Значит, для образования хорошо ограненных кристаллов необходимо, чтобы ничто не мешало им свободно и всесторонне развиваться, не теснило бы их и не препятствовало их росту. Можно сделать вывод, что кристаллами можно назвать все твердые тела, в которых слагающие их частицы (атомы, ионы, молекулы) расположены строго закономерно наподобие узлов пространственных решеток.

Слайд #6

Основные свойства кристаллов.

Одним из основных свойств является анизотропия, т.е. неравносвойственность.
Однородность проявляется и в одинаковости физических, физико-химических и других свойствах кристалла в любых его участках. В каком бы месте монокристалла мы не вырезали одинаково ориентированный образец некоторой формы и размеров, все его свойства будут идентичными. Понятие однородности дает возможность рассматривать кристаллическое вещество как непрерывную тождественную среду.
Симметрия. Симметрия проявляется во внешней форме многих кристаллов, которые оказываются образованными повторяющимися равными гранями, ребрами и вершинами.
Способность кристалла образовывать плоскостные многогранники или самоограняться. т.е. принимать естественную форму в результате свободного роста в подходящей среде, или же при процессах обратных росту – при растворении или испарении кристаллов. Аморфные тела могут быть однородными и даже анизотропными, но ни при каких условиях они не могут принимать многогранную форму. Выточенный из кристалла шарик в подходящей среде со временем покрывается гранями. В противоположность этому стеклянный шарик такой способностью не обладает.

Слайд #7

Применение твердых кристаллов.

Применения кристаллов в науке и технике так многочисленны и разнообразны, что их трудно перечислить. Ограничимся несколькими примерами.
Самый твердый и самый редкий из природных минералов - алмаз. Благодаря своей исключительной твердости алмаз играет огромную роль в технике. Алмазными пилами распиливают камни. Колоссальное значение имеет алмаз при бурении горных пород, в горных работах. Алмазным порошком шлифуют и полируют твердые камни, закаленную сталь, твердые и сверхтвердые сплавы. Сам алмаз можно резать, шлифовать и гравировать тоже только алмазом.
Рубин и сапфир - это родные братья, это вообще один и тот же минерал – корунд. Вся часовая промышленность работает на искусственных рубинах. На полупроводниковых заводах тончайшие схемы рисуют рубиновыми иглами.
Особенно удивительны электрические свойства кварца. Если сжимать или растягивать кристалл кварца, на его гранях возникают электрические заряды. Это - пьезоэлектрический эффект в кристаллах. В наши дни в качестве пьезоэлектриков используют не только кварц, но и многие другие, в основном искусственно синтезированные вещества.

Слайд #8

Жидкие кристаллы
Понятие “жидкий кристалл”

Многие современные приборы и устройства работают на них. К таким относятся часы, термометры, дисплеи, мониторы и прочие устройства. свойства различных жидкокристаллических веществ оказывалось очень разным. Например – одни кристаллы обладали очень большой вязкостью, другие – нет. С изменением температуры одни кристаллы меняли цвет, а другие не проявляли резкого изменения окраски. Внешний вид различных жидких кристаллов под микроскопом был тоже разным. В одном случае в поле поляризационного микроскопа могли быть видны образования, похожие на нити, в другом — наблюдались изображения, похожие на горный рельеф, а в третьем — картина напоминала отпечатки пальцев. Структуры жидких кристаллов образованы устойчивыми атомными группировками-молекулами, имеющими удлиненную форму. Они характеризуются определенным температурным интервалом существования, выше которого переходят в изотропную жидкость и ниже которого кристаллизуются.

Слайд #9

Классификация жидких кристаллов и их физические свойства.

Известны основные типы структур кристаллов: смектические и нематические. У смектических молекулы группируются в слои. Нематические- упорядочение проявлено в параллельном расположении молекул.
Самые -”кристаллические” среди жидких кристаллов - смекатические. Для смекатических кристаллов характерна двумерная упорядоченность. Молекулы размещаются так, чтобы их оси были параллельны. Смекатическим жидким кристаллам свойственно многое, но нечто особенное - долговременная память. Однако эта особенность смекатических кристаллов для воспроизводящих элементов индикационных устройств, телевизоров и дисплеев не слишком удобна. Тем не менее, они находят применение в промышленности, к примеру, в индикаторах давления.
Упорядоченность нематических сред ниже, чем у смекатических. Молекулам дозволено смещаться относительно длинных осей, поэтому упорядоченность становится ―односторонней‖, а реакция на внешнее воздействие относительно быстрой, память - короткой. В достаточно больших объемах кристаллической жидкости образуются домены, физические свойства которых подобны кристаллам. Однако в целом она проявляет свойства, подобные обычным жидкостям.

Слайд #10

Применение жидких кристаллов.

Например, зависимость цвета от температуры используется для медицинской диагностики. Нанося на тело пациента некоторые жидкокристаллические материалы, врач может легко выявить затронутые болезнью ткани по изменению цвета в тех местах, где эти ткани имеют повышенную температуру. Температурная зависимость цвета позволяет также контролировать качество изделий без их разрушения. Например, если металлическое изделие нагревать, то его внутренний дефект изменит распределение температуры на поверхности.
Следует отметить не наиболее полезное, но наиболее известное применения ЖК – жидкокристаллические дисплеи. Иногда они называются LCD-дисплеи, что есть сокращением английского «liquid crystal display». В век гаджетов такие дисплеи присутствуют практически в любом электронном устройстве: телевизоры, мониторы компьютеров, цифровые фотоаппараты, навигаторы, калькуляторы, электронные книги, планшеты, телефоны, электронные часы, плееры и др. Устройство ЖК-дисплеев достаточно сложное, однако в общем виде представляет собой набор стеклянных пластин, между которыми расположены жидкие кристаллы (ЖК-матрица), и множество источников света.
Менее популярное, но более важное применение ЖК – это термография. Термография позволяет получить тепловое изображение объекта, в результате регистрации инфракрасного излучения – тепла. Инфракрасные приборы ночного зрения используются пожарными, в случае задымления помещения, с целью обнаружения пострадавших в пожаре. Также они нашли применение у служб безопасности и военных служб. Также термография используется при медицинской визуализации, в основном для наблюдения молочных желез. Это позволяет обнаруживать различные онкологические заболевания, вроде рака молочной железы.

Слайд #11

Как растут кристаллы.

В нормальных условиях можно наблюдать рост множества кристаллов, например, инея на холодной поверхности или соли в перенасыщенном водном растворе. В то же время, образование зародыша никому не удавалось непосредственно зафиксировать по двум основным причинам. Во-первых, поскольку он состоит из нескольких атомов или молекул, для наблюдения требуется электронный микроскоп с сильным увеличением. Во-вторых, начало кристаллизации — это стохастический, то есть во многом случайный процесс. Рост кристалла начинается с образования зародыша и скелетной формы. При длительном равномерном и беспрепятственном поступлении вещества со всех сторон возникают нормальные кристаллические формы, но в большинстве случаев кристаллы стеснены в своем росте соседними кристаллами.
Значительная часть минеральных кристаллов произошла путем кристаллизации из водных растворов. Примеры выпадения кристаллов из раствора - выпадение кристаллов солей в замкнутых водоемах; рост кристаллов на стенках трещин и полостей при гидротермальных процессах, на больших глубинах в условиях высоких давлений и температур; образование отдельных кристаллов вторичных минералов в зонах окисления рудных месторождений.
Образование кристаллов в результате конденсации газов или из паров. Кристаллизоваться могут не только водяные пары, но и пары других веществ.
Образование кристаллов при перекристаллизации твердых веществ. При переходе из твердого состояния в твердое выделяют 2 случая:
1. Кристаллическое вещество образуется из аморфного - например, с течением времени закристаллизовываются содержащие стекла кристаллические породы.
2. Перекристаллизация - это процесс, при котором структура одних веществ разрушается, и образуются новые кристаллы с другой структурой. Например, известняк под действием высоких температур и давления становится мрамором. Перекристаллизация связана с таким явлением как метосамотоз - преобразование горной породы или минерала в другую горную породу или минерал под воздействием привноса или выноса вещества.

Слайд #12

Опыт.
В емкость налить дистиллированную воду и насыпать соль. Соль необходимо сыпать до тех пор, пока перемешивание не станет вызывать затруднения.
Полученную смесь поставить на водяную баню и дождаться полного растворения соли в воде.
Процедить раствор через фильтровальную бумагу или салфетку в подготовленную банку.
Привязать к нитке небольшой кристалл соли и опустить в охлажденную жидкость. Второй край нитки привязать к палочке, длина которой больше диаметра горлышка банки. Палка поможет зафиксировать нитку с кристаллом, который постоянно находится в подвешенном состоянии.
Полученную конструкцию накрыть куском ткани или салфеткой, затем поставить в место с наименьшими перепадами температуры.
В ходе эксперимента нельзя прикасаться к банке, двигать и вытягивать нитку с кристаллом. Конструкция должна стоять неподвижно.
Готовый кристалл нужного диаметра аккуратно извлечь из банки и вытереть салфеткой. Чтобы уберечь кристалл от внешних повреждений, рекомендуется покрыть камень прозрачным лаком для ногтей.
После высыхания лака можно любоваться кристаллом соли.

Слайд #13

Опыт.
Результат спустя 1 неделю
Результат спустя месяц

Слайд #14

Применение жидких кристаллов в будущем.

Многие оптиче­ские эффекты в жидких кристаллах, уже освоены техникой и используются в изделиях массового производства. Например, всем из­вестны часы с индикатором на жидких кристаллах, но не все еще знают, что те же жидкие кристаллы использу­ются для производства наручных часов, в которые встро­ен калькулятор. Тут уже даже трудно сказать, как на­звать такое устройство, то ли часы, то ли компьютер. Но это уже освоенные промышленностью изделия, хотя всего десятилетия назад подобное казалось нереальным. Перспективы же будущих массовых и эффективных при­менений жидких кристаллов еще более удивительны.
Управляемые оптические транспаранты могут быть исполь­зованы не только как элементы проекционного устрой­ства, но и выполнять значительное число функций, свя­занных с преобразованием, хранением и обработкой оп­тических сигналов. В связи с тенденциями развития ме­тодов передачи и обработки информации с использова­нием оптических каналов связи, позволяющих увеличить быстродействие устройств и объем передаваемой инфор­мации, управляемые оптические транспаранты на жид­ких кристаллах представляют значительный интерес и с этой точки зрения. В этом случае их еще принято назы­вать пространственно-временными модуляторами света (ПВМС), или световыми клапанами. Перспективы применения ПВМС в устройствах обработки опти­ческой информации определяются тем, насколько се­годняшние характеристики оптических транспарантов мо­гут быть улучшены в сторону достижения максимальной чувствительности к управляющему излучению, повыше­ния быстродействия и пространственного разрешения световых сигналов, а также диапазона длин волн излуче­ния, в котором надежно работают эти устройства. Как уже отмечалось, одна из основных проблем – это проблема быстродействия жидкокристаллических элементов, однако уже достигнутые характеристики модуляторов света позволяют совершенно определенно утверждать, что они займут значительное место в системах обработки оптической информации. При соответствующем под­боре режима работы модулятора они могут выделять контур проектируемого на него изображения. Если кон­тур перемещается, то можно визуализировать его дви­жение. При этом существенно, что длина волны записы­вающего изображения излучения и считывающего излу­чения могут отличаться. Поэтому модуляторы света по­зволяют, например, визуализировать инфракрасное из­лучение, или с помощью видимого света модулировать пучки инфракрасного излучения, или создавать изобра­жение в инфракрасном диапазоне длин волн. В другом режиме работы модуляторы света могут выделять области, подвергнутые нестационарному осве­щению. В этом режиме работы из всего изображения выделяются, например, только перемещающиеся по изо­бражению световые точки, или мерцающие его участки. Модуляторы света могут использоваться как усилители яркости света. В связи же с их высокой пространственной разрешающей способностью их использование оказывается эквивалентным усилителю с очень большим числом каналов. Перечисленные функциональные возможности оптических модуляторов дают основание использовать их в многочисленных задачах обработки оптической инфор­мации, таких как распознавание образов, подавление по­мех, спектральный и корреляционный анализ, интерфе­рометрия, в том числе запись голограмм в реальном мас­штабе времени.

Слайд #15

Вывод

Процесс выращивания кристаллов в домашних условиях очень интересное и увлекательное занятие, позволяющее сознательно отнестись к закономерностям природы. Исследовательская работа приоткрыла нам дверь в страну кристаллов и минералов. В ходе выполнения проекта мы провели анализ литературных данных по кристаллическому состоянию веществ и пришли к выводу, что мир кристаллов разнообразен. мы освоили методику выращивания кристаллов. Полученные кристаллы можно использовать на уроках физики и химии как демонстрационный материал.

Слайд #16

Используемая литература:

Самарин, Жидкокристаллические дисплеи. Схемотехника, конструкция. Солон. М. 2004.
Мартин, Немудров. Системы на кристалле. Проектирование и развитие. Техносфера. М. 2004.
Лузин. Основы телевизионной техники. Солон. М.2003.
Родин. Современные телевизоры. Солон. М. 2004.
Зубарев. Цифровое телевизионное вещание. Радио/связь. М. 2004.
Беркоу. Современная медицинская энциклопедия. Вмеда. М. 2004.
Ахметов Н.С. Неорганическая химия. М.: Просвещение,1985.
Васильев В.Н., Беспалов В.Г. Информационные технологии. Оптический компьютер и фотонные кристаллы.
Желудов И.С. Физика кристаллов и симметрия. М.: Наука,1987.
Жувикин Г.А. Лабиринты фотонных кристаллов // Компью Терра (электронная версия журнала) / Свежий номер – 13. 08. 2001. № 30 (407).
Кабардин О.Ф. Физика: учебник 10 класса для школ с углублённым изучением физики. М. :Просвещение, 2011.
Корнилов В.И., Солодова Ю. П. Ювелирные камни. М. :Недра, 1983.
Кособукин В.А. Фотонные кристаллы // Окно в мир (электронная версия журнала). 2002.
Шафрановский И.И. Симметрия в природе. Ленинград: Недра, 1985.
Шуман В.И. Драгоценные и поделочные камни. М. : Мир, 1986.
Журнал “Физика в школе”. 2006. №2.
Используемые интернет-ресурсы.
https://ru.wikipedia.org
http://course-crystal.narod.ru