Содержание

ВВЕДЕНИЕ

Тепловые и механические свойства твёрдых тел

I. Симметрия кристаллов

1.1Как растут кристаллы

1.2Идеальная форма кристаллов

1.3Закон постоянства углов

1.4О симметрии

1.5Симметрия кристаллов

1.6Пространственная решётка

1.7Экспериментальное исследование строение кристаллов

II. Силы взаимодействия и строение кристаллов

2.1Природа сил связи в кристаллах

2.2Структура кристаллов

2.3 Структура атомных кристаллов

2.4 Полиморфизм

2.5 Энергия связи молекул в кристалле

2.6 Поверхностная энергия кристалл

III. Тепловые свойства твёрдых тел

IV. Механические свойства твёрдых тел

4.1 Деформация и механические свойства материалов

4.3 Теоретическая оценка характеристик механических свойств

твёрдого тела и сравнение её с результатами эксперимента

4.4 Точечные дефекты и причины их образования

4.5 Линейные дефекты (дислокации)

4.6 Экспериментальные методы изучения дефектов кристаллов

4.7 Влияние дислокаций и других дефектов на механические свойства материалов и на процесс деформирования

4.8 Повышения прочности материалов

Электрические и магнитные свойства твёрдых тел

V. Электрические свойства твёрдых тел

5.1Классическая электронная теория электропроводности металлов

5.2 Диэлектрики

5.3 Квантование энергии электронов в атоме

5.4 Элементы зонной теории кристаллов

5.5 Распределение электронов по энергиям в твёрдом теле

5.6 Электропроводность твёрдых тел на основе зонной теории

5.7 Электропроводность полупроводников

5.8 Контактные явления

5.9 Термоэлектрические явления

5.10 Зависимость сопротивления контакта от внешнего напряжения

5.11p-n-p-переход. Транзисторы

VI. Магнитные свойства веществ

6.1 Элементарные носители магнетизма

6.2 Орбитальный и спиновый магнитные моменты электрона

6.3 Классификация тел по магнитным свойствам

6.4 Диамагнетики. Влияние магнитного поля на орбитальное движение электронов

6.5 Парамагнетизм

6.6 Ферромагнетизм. Элементарные носители ферромагнетизма

6.7 Ферромагнетизм и кристаллическая решётка. Доменная структура ферромагнетиков

6.8 Антиферромагнетизм и ферримагнетизм (ферриты)

VIIЖидкие кристаллы

7.1Нематическая жидкость

7.2 Холестерическая жидкость

7.3 Жидкие кристаллы-растворы

7.4 Смектическая жидкость

7.5 Эффект Фледерикса

7.6 Избирательное отражение света холестериком

7.7 Оптические свойства

VIIКристаллы в жизни

VIIIЭкспериментальная часть

Литература

ВВЕДЕНИЕ

Одним из современных основных твердых конструкционных материалов является сталь. Много ли стали потребляет в год один человек? Если посмотреть вокруг себя, то сначала может показаться, что не так уж и много: вилка и нож , гвозди и шурупы, дверные ручки и замки. Но для полной оценки потребления необходимо вспомнить о велосипедах и автомашинах, о трубах водопровода и газопровода, рельс железных дорог и вагонах, станках на фабриках и заводах, о линиях электропередач и о многом - многом другом. Общая цифра, определяющая потребление стали в нашей стране на одного человека, оказывается довольно внушительной - примерно 0,5 т. в год. При таком уровне потребления человек за 70 лет жизни использует около 35 т. стали. Это количество стали примерно в 500 раз превышает массу самого человека!

Кристаллы возникают, как продукты жизнедеятельности организмов. В морской воде растворены различные соли. Многие морские животные строят свои раковины и скелеты из кристаллов углекислого кальция - арагонита. Кристалл обычно служит символом неживой природы. Однако грань между живым и неживым установить очень трудно, и понятие «кристалл» и «жизнь» не являются взаимоисключающими. Кристаллы и живой организм представляют собой примеры осуществления крайних возможностей в природе. В кристалле неизменными остаются не только атомы и молекулы, но также их взаимное расположение в пространстве. В живом организме не только не существуют сколько-нибудь постоянной структуры в расположении атомов и молекул, но ни на одно мгновение не остаётся неизменным его химический состав. В процессе жизнедеятельности организма одни химические соединения разлагаются на более простые, другие сложные соединения синтезируются из простых. Но при всех химических процессах, протекающих в живом организме, этот организм остаётся самим собой в течение десятков лет! Более того, потомки каждого живого организма являются удивительно близкой его копией! Следовательно, в клетках любого живого или растения что-то постоянное, неизменное, способное управлять химическими процессами, протекающими в них.

Такими носителями «программы» процессов, протекающих в живой клетке, оказались молекулы дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК). В клетках человеческого организма одна такая молекула имеет несколько сантиметров. Молекулы укладываются внутри клеток. Молекулы ДНК также несут в себе полную информацию о строении и развитии всего живого организма из одной только клетки. Диаметр ДНК 2*10-9 м. Такие молекулы с точки зрения физики рассматриваются как особый вид твёрдого тела - одномерные апериодические кристаллы. Следовательно, кристалл - это не только символ неживой природы. Но и основа жизни на Земле.

Структура жидких кристаллов - растворов имеет огромное значение для жизнедеятельности организма, например для циркуляции крови, переноса ею кислорода, функционирование клеток мозга, для работы разнообразных клеточных мембран. Дефекты структур мембраны приводят к заболеванию организма. Образование холестерических и тем более жидких смектических кристаллов в крови вызывает сердечно-сосудистые заболевание. При неблагоприятной концентрации различных компонентов в желчи образуются сначала не полностью твёрдые кристаллы, а затем и «камни».

Природные кристаллы всегда возбуждали любопытство у людей. Их цвет, блеск и форма затрагивали человеческое чувство прекрасного, и люди украшали ими себя и жилище. С давних пор с кристаллами были связаны суеверия; как амулеты, они должны были не только ограждать своих владельцев от злых духов, но и наделять их сверхъестественными способностями. Позднее, когда те же самые минералы стали разрезать и полировать, как драгоценные камни, многие суеверия сохранились в талисманах «на счастье» и «своих камнях», соответствующих месяцу рождения. Все драгоценные природные камни, кроме опала, являются кристаллическими, и многие из них, такие, как алмаз, рубин, сапфир и изумруд, попадаются в виде прекрасно ограненных кристаллов. Украшения из кристаллов сейчас столь же популярны, как и во время неолита.