Реферати українською » Физика » Кристали у природі


Реферат Кристали у природі

Страница 1 из 2 | Следующая страница

                                                     Зміст

 

ЗАПРОВАДЖЕННЯ                                                                                                     3                                                                                                                       

Теплові і механічні властивості твердих тіл

  I. Симметрия кристалів

1.1Як ростуть кристали 5

1.2Ідеальна форма кристалів 7

1.3Закон сталості кутів 7

1.4Про симетрії 8

1.5Симметрия кристалів 9

     1.6Просторова ґрати 10

1.7Експериментальне дослідження будова кристалів 11

  II. Сили взаємодії й будову кристалів

2.1Природа сил зв'язку в кристалах 16

2.2Структура кристалів 17

2.3 Структура атомних кристалів 18

2.4 Полиморфизм 19

2.5 Енергія зв'язку молекул в кристалі 19

2.6 Поверхностная енергія кристал 21

III. Теплові властивості твердих тіл 23

IV. Механические властивості твердих тіл

     4.1 Деформація і механічні властивості матеріалів 29

     4.3 Теоретична оцінка характеристик механічних властивостей

 твердого тіла, і порівняння її з результатами експерименту 30

     4.4 Точечные дефекти і їх знань 31

     4.5 Лінійні дефекти (дислокації) 32

     4.6 Експериментальні методи вивчення дефектів кристалів 33

     4.7 Вплив дислокаций та інших дефектів на механічні властивості матеріалів і процес деформування 34

     4.8 Підвищення міцності матеріалів 36

 

Електричні і магнітні властивості твердих тіл

V. Електричні властивості твердих тіл

     5.1Класична електронна теорія електропровідності металів 36

     5.2 Диэлектрики 37

     5.3 Квантование енергії електронів в атомі 39

     5.4 Елементи зонної теорії кристалів 41

     5.5 Розподіл електронів по енергіям в твердому тілі 42

     5.6 Электропроводность твердих тіл з урахуванням зонної теорії 44

     5.7 Электропроводность напівпровідників 45

     5.8 Контактні явища 47

     5.9 Термоелектричні явища 49

   5.10 Залежність опору контакту від зовнішнього напруги 51

   5.11p-n-p-переход. Транзисторы 54

VI. Магнітні властивості речовин

   6.1 Елементарні носії магнетизму 56

   6.2 Орбитальный і спиновый магнітні моменти електрона 57

   6.3 Класифікація тіл по магнітним властивостями 58

   6.4 Диамагнетики. Вплив магнітного поля на орбітальне рух електронів 59

   6.5 Парамагнетизм 60

   6.6 Ферромагнетизм. Елементарні носії ферромагнетизма 61

   6.7 Ферромагнетизм і кристалічна ґрати. Доменна структура ферромагнетиков 62

   6.8 Антиферромагнетизм і ферримагнетизм (ферриты) 63

   VII Рідкі кристали

  7.1Нематическая рідина 65

  7.2 Холестерическая рідина 68

  7.3 Рідкі кристаллы-растворы 70

  7.4 Смектическая рідина 72

  7.5 Ефект Фледерикса 73

  7.6 Виборче відбиток світла холестериком 77

  7.7 Оптические властивості 78

  VII Кристали в життя                                                                               79

VIII Експериментальна частина                                                                    81

Література 83


               


                     

 

                     


                                                    

 

                                                     ЗАПРОВАДЖЕННЯ

 

        Однією з сучасних основних твердих конструкційних матеріалів є сталь. Чи багато стали споживає на рік одна людина? Якщо навколо себе, то спочатку може бути, що це неправда і багато: виделка і ніж , цвяхи і шурупи, дверні ручки і замки. Для повної оцінки споживання слід пригадати про велосипедах і автомашинах, про трубах водогону і газопроводу, рейок залізниць та вагонах, верстатах на фабриках і заводах, лінії електропередач і що свідчить - багато інших. Загальна цифра, визначальна споживання сталі у нашій країні одну людину, виявляється досить великою - приблизно 0,5 тонн на рік. За такого рівня споживання людина виборює 70 років життя використовує близько 35 т. стали. Це кількість стали приблизно 500 разів перевищує масу самої людини!

        Кристали виникають, як продукти життєдіяльності організмів. У морській воді растворены різні солі. Багато морські тварини будують свої мушлі та скелети з кристалів вуглекислого кальцію - арагонита. Кристал зазвичай служить символом неживої природи. Проте межа між жвавий і неживим встановити дуже важко, і поняття «кристал» і «життя» є взаємовиключними. Кристали і живий організм є приклади здійснення крайніх можливостей у природі. У кристалі незмінними залишаються як атоми і молекули, а й їхніми взаємне розташування у просторі. У живий організм як не існують скільки-небудь постійної структури розташування атомів і молекул, але й мить не залишається незмінним його хімічний склад. У процесі життєдіяльності організму одні хімічні сполуки розкладаються більш прості, інші складні сполуки синтезуються з простих. Але попри всі хімічних процесах, які протікають в живий організм, цей організм залишається собою протягом десятиліть! Понад те, нащадки кожної живої організму є дивовижно близькій його копією! Отже, у клітинах будь-якого живого чи рослини чимось сталим, незмінне, здатне управляти хімічними процесами, що перебігають у яких.

         Такими носіями «програми» процесів, що протікають на живу клітині, виявилися молекули дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК). У клітинах організму людини така молекула має низку сантиметрів. Молекули вкладаються всередині клітин. Молекули ДНК також несуть у собі повну інформацію про будову та розвитку всього живого організму з самої лише клітини. Діаметр ДНК 2*10-9 м. Такі молекули з погляду фізики розглядаються як особливий вид твердого тіла - одномірні апериодические кристали. Отже, кристал - це символ неживої природи. Але й основа життя Землі.

        Структура рідких кристалів - розчинів має значення для життєдіяльності організму, наприклад для циркуляції крові, перенесення нею кисню, функціонування клітин мозку, до роботи різноманітних клітинних мембран. Дефекти структур мембрани призводять до захворювання організму. Освіта холестерических і більше рідких смектических кристалів у крові викликає серцево-судинні захворювання. При несприятливої концентрації різних компонентів в жовчі утворюються спочатку в повному обсязі твёрдые кристали, та був і «каміння».

       Природні кристали завжди порушували цікавість люди. Їх колір, блиск і форма торкалися людське почуття прекрасного, і прикрашали ними себе і житло. З давніх-давен з кристалами пов'язувалися забобони; як амулети, повинні були як захищати своїх господарів від позбутися лютих духів, а й наділяти їх надприродними здібностями. Пізніше, коли ті ж самі мінерали стали розрізати і полірувати, як коштовним камінням, багато забобони збереглися в талисманах «на щастя» і «своєму камінні», відповідних місяцю народження. Усі дорогоцінні природні каміння, крім опала, є кристалічними, і з них, такі, немов діамант, рубін, сапфір і смарагд, трапляються як чудово ограненных кристалів. Прикраси з кристалів зараз так само популярні, як і під час неоліту.

       Один із нових науково – технічних напрямів, сформованих очах, - космічне матеріалознавство: отримання нових речовин і матеріалів та поліпшення їх речовин, у невагомості.

         Найцікавіше з погляду рентабельності виробництва, у космосі представляють ті речовини і матеріалів, яких пред'являються підвищені вимоги стосовно них структурного досконалості і однорідності.

          Особливе місце у тому числі займають монокристали напівпровідників, одержувані зазвичай, у наземних умовах кристалізацією з розплавів у спеціальних високотемпературних печах, після переплавляння цих кристалів ввозяться умовах космосу.

          Вченими обговорювалася ситуація кристалізація зірок званих білими карликами. Теорія еволюції зірок пророкує, що коли і білий карлик був молодий, у надрах йшли ядерні реакції, і він був досить – таки гарячим. Коли ядерні реакції скінчилися, температура в зірці можна було ще близько 207 До, за досить високих температур карлик міг і не кристалічним. Принаймні його остигання повинна пройти кристалізація. У кристаллизующейся зірці внутрішні області дедалі час залишаються гаряче зовнішніх, тому кристалічна структура – «кірка» - виникає спочатку саме зовні, а потім уже потім «проростає» вглиб карлика. При кристалізації виділяється енергія.

         
                Теплові і механічні властивості твердих тіл

 

                                 I. Симметрия кристалів

 

    1.1 Як ростуть кристали.

          Великі одиночні кристали, мають свою правильної симетричної форми, у природі трапляються дуже рідко. Але така кристал можна виростити в штучних умовах.

         Кристалізація може статися з розчину, розплаву, і навіть з газового стану речовини.

        Розглянемо кристалізацію з розплаву.

Щоб виростити один монокристал, застосовується наступний спосіб. Тигель з расплавом повільно опускається крізь отвір в вертикальної трубчастої печі. Кристал зароджується дно якої тигеля, бо вона раніше потрапляє у область нижчих температур, та був поступово розростається з усього обсягу розплаву. Дно тигеля спеціально роблять вузьким, заострённым на конус, щоб у ньому міг розміститися лише одне кристалічний зародок (мал.1).

                                                рис. 1 рис. 2                                                                                         

Такий спосіб часто застосовується для вирощування кристалів цинку, срібла, алюмінію, міді інших металів, і навіть хлористого натрію, бромистого калію, фтористого літію та інших солей. За добу можна виростити кристал кам'яною солі масою порядку кілограма.

        Другий спосіб: Надзвичайно тонкий порошок окису алюмінію з зерен розміром 2-100 мкм висипається тонкої струменем з бункера, проходить через кислородно-водородное полум'я, плавиться і у вигляді крапель потрапляє на стрижень з тугоплавкого матеріалу. Температура стрижня підтримується трохи нижче температури (2030). Краплі окису алюмінію розладнуються ньому й творять скоринку спеченої маси корунду. Вартовий механізм повільно (10-20мм/ч) опускає стрижень, і ньому поступово виростає неогранённый кристал корунду (рис 2).

     Тепер на кристалізацію з розчину.

У цьому обсязі тій чи іншій рідини при постійної певній температурі й тиску може розчинитися максимум певного кількості тієї чи іншої кристалічного речовини. Отриманий у своїй розчин називають насиченим. Кристал, помещённый в насичений розчин, нічого очікувати ні зростати, ні розчинятися у ньому. Якщо підвищити температуру рідини, то розчинність її підвищується, тому те що кількість растворённого речовини не буде насичувати розчин. Кристал, помещённый в ненасичений розчин, почне у ньому розчинятися. Якщо насичений розчин остудити, він буде пересыщенным. Пересыщенные розчини можуть зберігатися в замкнутих посудинах довгий час, не кристаллизуясь. Проте досить потрапити до розчин найменшої частки кристала, як розчин негайно почне кристалізуватися.

       Отже, пересыщение розчину є необхідною, але достатня умова кристалізації. Щоб кристалізація почалася, потрібно доповнити розчин приманку - невеличкий кристал растворённого речовини.

       З розчину кристал вирощують зазвичай в такий спосіб.

 Спочатку у питній воді розчиняють достатньо кристалічного речовини. У цьому розчин підігрівають до того часу, поки речовина не повністю розчиниться. Потім розчин повільно охолоджують, переводячи його тим самим у пересыщенное стан. У пересыщенный розчин підмішують приманку.

      Якщо, протягом усього часу кристалізації, підтримувати температуру і щільність розчину однаковими в усьому обсязі, то процесі зростання кристал прийме правильної симетричної форми.

     Зробимо досвід:

     Закипятим 400г. води та розчинний у ній 400г. мідного купоросу. Запальний розчин отфильтровываем через ватку. І розчин вистигає до кімнатної температури. Саме тоді на дріт долаємо нитку і приклеюємо маленький кристалик. І опускаємо нашу фігурку в пересыщенный розчин. За добу бачимо, що наш фігурка обліплена кристаликами.

    Зробимо той самий розчин тільки з солі: 1 кг солі на 500л води та опустимо поліетиленову ялинку. Побачимо, що все ялинка справляє враження прикрашену снігом ялина. 

    На форму кристала, одержуваного з розчину, впливають багато чинників: конвекційні потоки рідини, ступінь пересичення рідини, наявність домішок тощо.

    Ступінь переохолодження розчину значно змінює форму кристалів. У сильно переохлаждённых рідинах кристали ростуть завжди у вигляді вигадливої сукупності довгих голок.

    Кристали утворюються також безпосередньо з пара чи газу. При охолодженні газу електричні сили тяжіння об'єднують атоми чи молекули в кристалічний тверду речовину. Так утворюються сніжинки; повітря, у якому вологу, охолоджується, і аж потім із нього виростають сніжинки тій чи іншій форми.

    Одне з експонатів унікальної колекції великих кристалів, придбаної у Бразилії французьким національним музеєм природною истории.(рис. наприкінці роботи).

   Умови освіти гігантських кристалів та його походження досі немає досить повного пояснення.

Дивно вже те, значні кристалізації завжди сконцентровано у особливих формаціях – в про пегматитовых жилах.

    У точному визначенні пегматиты - разнозернистые, переважно крупнозернистые породи магматического походження. Пегматиты характеризуються дуже різноманітним та складних мінеральним складом, які мають поруч із мінералами загальними з материнською магматической породою (кварц, польовий шпат, слюда) також рідкісні й розсіяні елементи (літій, берилій, цезій, ніобій, тантал, рубідій та інші). Пегматитовые породи - джерело багатьох з корисними копалинами.

    У особливі умови кристалізації розплавленою магми, коли установка відбувалося на поміркованих глибинах, досить повільно й вони в спокійній обстановці, утворювалися пегматитовые жили, які містять порожнини, сприятливі на формування великих кристалів. От у це-те пегматитах і можна знайти кристали багатьох дорогоцінних мінералів: берили, найрізноманітніші гранати, сподумены, турмаліни, эвклазы, топази.

   Величезна величина кристалів – сама вражаюча риса пегматитовых жив. Тут зустрічаються воістину кристаллы-гиганты. Так, кристал димчастого за гірський кришталь, представлений у французькій колекції, важить 4050 кілограмів. Найбільшим кристалом світу вважається знайдений на Мадагаскарі кристал берилла масою 380 тонн, довгою 18 метрів і 3,5 метри в поперечнику.    

1.2 Ідеальна форма кристалів

      Форму, яку приймає монокристал тоді, коли за його зростанні усунуто всі випадкові чинники, називають ідеальної.

Ідеальна форма кристала має вигляд багатогранника. Такий кристал обмежений пласкими гранями, прямими рёбрами й володіє симетрією. Як і будь-який багатогранник, кристал має певна кількість граней р, ребер r, вершин е, причому ці числа пов'язані між собою співвідношенням р+е=r+2. У формі правильних багатогранників кристалізується порівняно мало кристалів. У формі куба кристалізується поварена сіль, сірчистий цинк, у вигляді октаэдров – алмаз, у вигляді ромбического додекаэдра – гранат.

 

1.3. Закон сталості кутів - основний закон кристалографії

      Кристали однієї й тієї ж речовини може мати дуже розмаїту форму. Форма кристала, як вказувалося вище, залежить від умови кристалізації. Колір перестав бути характерною ознакою кристалів даного речовини, але він дуже залежить від домішок. Проте кристаллографы встановили:

     У кристалах одного речовини кути між відповідними гранями завжди однакові [закон сталості кутів].

Грані можуть бути різні між собою за формою і усе ж вважатися рівними, якщо вони мають однаковими фізичними і хімічними властивостями.

    Закон сталості кутів стверджує, що двугранный кут, освічений гранями а і b (рис3) у різних кристалах даного речовини, буде і той ж. Відповідно переважають у всіх кристалах даного речовини дорівнюватимуть між собою і злочини двугранные кути, освічені гранями а і з, b і з.

                                     

                                                                                                       рис. 3

1.4. Про симетрії

       З явищем симетрії ми часто зустрічаємося у

Страница 1 из 2 | Следующая страница

Схожі реферати:

  • Реферат на тему: Кристали і їхні властивості
    ицей сучасних технологій управління Реферат із фізики Кристали і їхні властивості Выполнил:
  • Реферат на тему: Курс лекцій з фізики
    ЗАПРОВАДЖЕННЯ Предмет фізики та його зв'язок із суміжними науками. Фізика (природа у перекладі
  • Реферат на тему: Курсова робота
    Дослідження складної електричної ланцюга постійного струму методом вузлових потенціалів. R1=130 Ом
  • Реферат на тему: ЛАЗЕРЫ
    Гострий тонкий султан рубінового кольору прорізав простір… Миновав земну атмосферу, він потрапляє
  • Реферат на тему: Лабораторная робота №1
    абораторная робота № 1 Тема : Послідовне і паралельне з'єднання споживачів електричної

Навігація