ИСКУССТВЕННЫЕ КРИСТАЛЛЫ И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ В СОВРЕМЕННОЙ ТЕХНИКЕ
С давних времен человечество использует кристаллы. Изначально это были природные кристаллы, которые использовались в качестве орудия труда и средства для лечения и медитации. Позже редкие камни и драгоценные металлы начали выступать в роли денежных средств. Фундаментальные научные исследования и открытия XX столетия позволили разработать методы получения искусственных кристаллов и существенно расширить области их применения.
Монокристалл — это однородный кристалл, который имеет непрерывную кристаллическую решетку и анизотропию свойств. Внешняя форма монокристалла зависит от атомно-кристаллического строения и условий кристаллизации. Примерами монокристаллов могут послужить монокристаллы кварца, каменной соли, исландского шпата, алмаза, топаза.
Если скорость выращивания кристалла будет высокой, то будут образовываться поликристаллы, которые имеют большое количество монокристаллов. Монокристаллы высокочистых веществ имеют одинаковые свойства независимо от метода получения.
На сегодняшний день насчитывают около получения монокристаллов: паровая фаза, жидкая фаза (растворов и расплавов) и твердая фаза.
На кафедре высокотемпературных материалов и порошковой металлургии последним методом выращиваю монокристаллы гексаборид лантана и различных эвтектических сплавов на его основе. С монокристаллов этих соединений изготавливают катоды, используемых в эмиссионной технике.
Благодаря развитию электротехники и электроники, использование монокристаллов увеличивается из года в год. Детали, выполненные из высокочистых монокристаллических материалов можно увидеть во всех новых моделях электронных приборов, от радиоприемников до больших электронно-расчетных машин.
В технике не хватает набора свойств природных кристаллов, поэтому ученые разработали сложный технологический метод создания кристалло-подобных веществ с промежуточным свойством, путем выращивания сверхтонких слоев (единицы-десятки нанометров) чередующихся кристаллов с подобными кристаллическими решетками — метод эпитаксии. Эти кристаллы получили название фотонных кристаллов.
фотонный кристалл В фотонных кристаллах есть запрещенные энергетические зоны — это значения энергии фотонов, которые не могут проникать в кристалл и растворяться в нем. Если же энергия кванта света имеет допустимое значение, то он успешно пройдет через кристалл. То есть фотонные кристаллы могут исполнять роль светового фильтра, который пропускает фотоны с определенными значениями энергии и отсеивает все остальные.
Фотонные кристаллы имеют 3 группы, которые определяются количеством пространственных осей, в которых изменяется показатель преломления. По этому критерию кристаллы делят на одно-, двух- и трехмерные.
Известным представителем фотонных кристаллов является опал, имеющий удивительный цветной узор, который появляется именно благодаря существованию запрещенных энергетических зон.
Монокристаллы искусственных сапфиров только в незначительной степени уступают твердости алмаза и имеют высокую устойчивость к царапанью, что позволяет применять их в качестве защитных экранов в электронных устройствах (планшетах, смартфонах и т.д.). Применение метода Чохральского позволяет получать огромные монокристаллы искусственных сапфиров.
В наше время ученые все чаще говорят о нанокристаллах. Нанокристаллы могут иметь размер от 1 до 10 нм, что зависит от вида нанокристаллов, а также от их метода получения. Обычно они имеют 100 нм для керамики и металлов, 50 нм для алмаза и графита, и 10 нм для полупроводников. Размер нанокристаллов влияет на появление необычных свойства в привычных веществах.
В сырых дровах содержится вода. Прежде чем дрова загорятся нужно нагреть воду до 100°С, а затем ее испарить. На это требуется большое количество энергии.
Например:
Q₁ = c*m*(100 °C - t₀) = 4200 Дж/(кг*°С) * m * 80 °C = 336000 * m Дж
Q₂ = L * m = 2300000 Дж * m = 2300000 * m Дж
Q = Q₁ + Q₂ = 2636000 * m Дж - эту энергия нужно затратить, чтобы удалить воду из дров (m - масса воды в дровах)
И только после этого дрова (сухие) будут гореть, обогревать вас, можно готовить пищу и т. д.
В общем дрова должны быть сухими! Это я ка турист с 40-летним стажем тебе говорю.
Предотвратить это движение нижней кромки колёса (проскальзывание) относительно дороги может только сила трения, которая будет направлена против направления потенциального сдвига, т.е. сила трения будет действовать на заднее колесо вперёд. Именно сила трения, направленная вперёд, приложенная к заднему колесу – и заставляет двигаться автомобиль. Вал лишь передаёт вращение, т.е. момент сил на колесо, а вот уже продольная сила, которая разгоняет автомобиль – это и есть сила сухого трения, приложенная к ведущим (в данном случае к задним) колёсам.
Если бы в начале движения автомобиля передние неведущие (только они!) колёса стояли бы на льду, то они начали бы двигаться линейно без вращения вместе со всем автомобилем. А значит, их нижняя кромка сдвигалась бы вперёд, как и весь автомобиль. Сила трения всегда действует против потенциального сдвига, а значит, числа трения, приложенная к неведущим колёсам будет направлена назад.
* Важный момент *
Если бы автомобиль «стоял не в горку», а «с горки», то при «снятии с ручника», он поехал бы и сам без всякого двигателя. В этом случае «ведущим колесом» стала бы гравитация, а значит, сила трения действовала бы на все колёса назад. И даже при включении двигателя, при некоторых его малых оборотах – сила трения даже у ведущих колёс всё так же могла бы быть направлена назад. Чтобы избежать этой неувязки, и дано условие о том, что автомобиль трогается в горку.
ОТВЕТ (В):
Сила трения, приложенная к задним (2) ведущим колёсам, направлена вперёд, и именно она толкает автомобиль вперёд.
Сила трения, приложенная к передним (1) неведущим колёсам, направлена назад, и она постепенно раскручивает передние колёса, немного отнимая энергию из движения автомобиля в целом.