Тема «Физика в кристаллах» (стр. 1 )

‌‌‌V‌ районная научно-практическая конференция исследовательских, проектных и творческих работ учащихся «Первые шаги в науке»

Тема

«Физика в кристаллах».

Выполнил: ученик 10 класса Сафин Егор.

Руководитель:

Содержание.

Введение.--------------------------------------------------------------------------------------4

1.Твердые тела

1.1. Кристаллические и аморфные тела----------------------------------------------4-7

1.2.Кристаллы в природе.---------------------------------------------------------------8-9

1.3. Мир камня---------------------------------------------------------------------------9-10

1.4. Самоцветы - прекрасные творения неживой природы--------------------10-12

1.5. Сокровища Алмазного фонда России---------------------------------------- 12-13

2. Выращивание кристалла из медного купороса и поваренной соли.

2.1 Приготовление насыщенного раствора вещества------------------------------14

2.2 Выращивание кристаллических тел-------------------------------------------14-15

2.3.Изготовление сувениров------------------------------------------------------------15

3.Наблюдение физических явлений

3.1.Испарение------------------------------------------------------------------------------16

3.2. Образование скелетных кристаллов на поверхности раствора---------16-17

3.3. Поверхностное натяжение---------------------------------------------------------17

3.4. Смачиваемость и капиллярные явления------------------------------------17-18

3.5. Анизатропия----------------------------------------------------------------------18-19

Заключение----------------------------------------------------------------------------------19

Литература----------------------------------------------------------------------------------20

Актуальность выбранной темы.

Кристалл издревле и сейчас привлекает внимание людей. Их цвет, блеск и форма затрагивали человеческое чувство прекрасного, и люди украшали ими себя и жилище. Появились понятия: «жидкий кристалл», «биологический кристалл», «фотонный кристалл».

Что такое кристаллы? Какими свойствами они обладают? Как растут кристаллы? Как и где они применяются в настоящее время и каковы перспективы их применения в будущем? Вот эти вопросы заинтересовали меня, и я хочу найти на них ответы.

Цель исследования: вырастить кристаллы медного купороса, поваренной соли, убедиться на опыте в том, что кристаллы данных веществ имеют правильную форму, создание презентации «Кристаллы и их применение».

Задачи:

1. Собрать материал о кристаллах, их свойствах и применении, используя различные источники информации, в том числе Интернет.

2. Провести опыты по выращиванию кристаллов медного купороса и поваренной соли.

3. Систематизировать материал о кристаллах

4. Создать презентацию «Кристаллы и их применение».

5. Представить работу на уроке физики при изучении темы «Твёрдые тела и их свойства»

Объект исследования:

Насыщенные растворы медного купороса и поваренной соли.

Предмет исследования:

Выращивание кристаллов из медного купороса и поваренной соли.

Гипотеза:

Если кристаллизация идет медленно, получается один большой кристалл (монокристалл), если быстро – множество мелких кристаллов (поликристалл).

Методы:

1. Работа с научной литературой и интернетом по теме «Кристаллы и их применение».

2. Работа с научной литературой и интернетом по теме «Выращивание кристаллов».

3. Практическая работа «Выращивание кристаллов медного купороса и поваренной соли.

4. Наблюдение роста кристаллов.

5. Фотографирование полученных кристаллов.

6. Систематизация полученной информации по теме «Физические свойства и применение кристаллов»

Теоретическая значимость работы.

Процесс выращивания кристаллов в домашних условиях это очень интересное и увлекательное занятие, позволяющее ответственно отнестись к закономерностям природы. Работа по выращиванию кристаллов сделала меня более наблюдательным, расширила мой кругозор, приобщила к науке, позволила удивляться. Переживание “чуда” выращивания принесло мне много положительных эмоций и ярких впечатлений. Исследовательская работа приоткрыла мне дверь в загадочную страну кристаллов.

Результатом всей проделанной работы станет презентация «Кристаллы и их применение», с которой выступлю на уроке физики по теме «Твёрдые тела и их свойства» в 10ом классе и на физическом кружке.

Реализация результатов исследовательской работы на практике.

Применение кристаллов в промышленности, медицине и других отраслях современной жизни широко описано в научной литературе. Возникает вопрос: как я могу использовать полученные в ходе работы знания и умения.

Ответ на этот вопрос пришел в канун Нового года. Помогая украшать квартиру, я в насыщенный раствор поваренной соли опустил веточки ели и через некоторое время они покрылись “инеем”, елочные гирлянды, сувениры. Вот так любой человек может подарить близким «чудо».

1. Введение.

Большинство окружающих нас твердых тел представляют собой вещества в кристаллическом состоянии. К ним относятся строительные и конструкционные материалы: различные марки стали, всевозможные металлические сплавы, минералы и т. д. Специальная область физики-физика твердого тела - занимается изучением строения и свойств твердых тел. Эта область физики является ведущей во всех физических исследованиях. Она составляет фундамент современной техники.

В любой отрасли техники используются свойства твердого тела: механические, тепловые, электрические, оптические и т. д. Все большее применение в технике находят кристаллы.  Вы, наверное, знаете о заслугах советских ученых - академиков, лауреатов Ленинской и Нобелевской премий и в создании квантовых генераторов. Действие современных оптических квантовых генераторов - лазеров - основано на использовании свойств монокристаллов (рубина и др.) Как устроен кристалл? Почему многие кристаллы обладают удивительными свойствами? Каковы особенности структуры кристаллов, которые отличают их от аморфных тел? Ответы на эти и аналогичные вопросы вы сможете найти в нашей работе.

1.Твердые тела

1.1. Кристаллические и аморфные тела.

В природе тела находятся в различном состоянии, большинство из них - в твердом. К ним относятся строительные и конструкционные материалы: различные марки стали, всевозможные металлические сплавы, минералы и т. д. Специальная область физики-физика твердого тела - занимается изучением строения и свойств твердых тел. Эта область физики является ведущей во всех физических исследованиях. Она составляет фундамент современной техники. В любой отрасли техники используются свойства твердого тела: механические, тепловые, электрические, оптические и т. д. Все большее применение в технике находят кристаллы. Каждый может легко разделить тела на твердые и жидкие. Однако это деление будет только по внешним признакам. Для того чтобы выяснить, какими же свойствами обладают твердые тела, будем их нагревать. Одни тела начнут гореть (дерево, уголь) - это органические вещества. Другие будут размягчаться (смола) даже при невысоких температурах - это аморфные. Третьи будут изменять свое состояние при нагревании. Это и есть кристаллические тела. Такое поведение кристаллических тел при нагревании объясняется их внутренним строением.

Твёрдое тело состоит из миллиарда частиц, которые взаимодействуют между собой. Это обусловливает появление определённого порядка в системе и особых свойств всего количества микрочастиц. Так, коллективные свойства электронов определяют электропроводность твёрдых тел, а способность тела поглощать тепло - теплоёмкость - зависит от характера коллективных колебаний атомов при тепловом движении. Коллективные свойства объясняют все основные закономерности поведения твёрдых тел.

Структура твёрдых тел многообразна. Тем не менее, их можно разделить на два больших класса: кристаллы и аморфные тела.

Кристаллические тела - это такие тела, атомы и молекулы которых расположены в определенном порядке, и этот порядок сохраняется на достаточно большом расстоянии. Пространственное периодическое расположение атомов или ионов в кристалле называют кристаллической решеткой. Точки кристаллической решетки, в которых расположены атомы или ионы, называют узлами кристаллической решетки

Друза кристаллов

 

Кристаллическая структура кристаллов

 

Кристаллические тела бывают монокристаллами и поликристаллами.

Монокристаллы - одиночные кристаллы (кварц, слюда) Идеальная форма кристалла имеет вид многогранника.

Монокристаллы кварца

Такой кристалл ограничен плоскими гранями, прямыми ребрами и обладает симметрией. В кристаллах можно найти различные элементы симметрии. Плоскость симметрии, ось симметрии, центр симметрии. На первый взгляд кажется, что число видов симметрии может быть бесконечно большим. В 1867 г. русский инженер впервые доказал, что кристаллы могут обладать лишь 32 видами симметрии. Убедимся в симметрии кристаллика снега - снежинки