Номер 6, страница 235 - гдз по физике 10 класс учебник Касьянов

Творческие задания. Параграф 48. Агрегатные состояния вещества. 8. Молекулярная структура вещества. Молекулярная физика - номер 6, страница 235.

Условие.

6. Подготовьте доклад «Кристаллы: современная техника, медицина, открытие новых видов (на примере нитевидных кристаллов)».

Решение.

Кристаллы в современной технике
Кристаллы являются фундаментальной основой множества современных технологий. В электронике монокристаллы кремния и германия используются для создания транзисторов и микросхем, составляющих ядро всех вычислительных устройств. Пьезоэлектрические кристаллы, такие как кварц ($SiO_2$), находят применение в генераторах тактовых частот для часов и компьютеров, а также в различных датчиках давления и вибрации. В лазерной технике используются искусственно выращенные кристаллы, например, рубин ($Al_2O_3$ с примесью хрома) или алюмо-иттриевый гранат (YAG), в качестве активной среды для генерации когерентного излучения. Жидкие кристаллы, обладающие свойствами как жидкости, так и твердого тела, стали незаменимыми в производстве дисплеев (LCD). Сверхпроводящие кристаллы открывают перспективы для создания энергосистем без потерь и высокоскоростного транспорта на магнитной подушке. Оптические кристаллы, такие как сапфир, используются для изготовления прочных, устойчивых к царапинам стекол для часов, сканеров и мобильных устройств.

Ответ: Кристаллы играют ключевую роль в электронике, оптоэлектронике, лазерной технике и материаловедении, обеспечивая функционирование большинства современных устройств.

Кристаллы в медицине
Применение кристаллов в медицине разнообразно и охватывает как диагностику, так и лечение. В хирургии используются скальпели с лезвиями из алмаза или сапфира, обеспечивающие исключительную остроту и точность разреза. Твердотельные лазеры на основе кристаллов (например, рубиновые) применяются для точечного воздействия на ткани в офтальмологии и дерматологии. В диагностическом оборудовании, таком как позитронно-эмиссионные томографы (ПЭТ), сцинтилляционные кристаллы преобразуют гамма-излучение в видимый свет, позволяя визуализировать метаболические процессы в организме. Рентгеновская кристаллография является основным методом определения трехмерной структуры белков и нуклеиновых кислот, что критически важно для разработки новых лекарств, направленных на конкретные молекулярные мишени. Кроме того, кристаллические биосовместимые материалы, например, гидроксиапатит ($Ca_{10}(PO_4)_6(OH)_2$), используются для покрытия имплантатов, способствуя их интеграции с костной тканью.

Ответ: В медицине кристаллы применяются для создания высокоточных хирургических инструментов, в лазерной терапии, диагностической визуализации, разработке лекарств и производстве биосовместимых имплантатов.

Открытие новых видов (на примере нитевидных кристаллов)
Нитевидные кристаллы, или «усы» (whiskers), представляют собой монокристаллы, у которых один размер (длина) значительно превосходит два других (толщина). Их открытие в середине XX века, первоначально как нежелательное явление, приводящее к коротким замыканиям в электронике, привело к революции в материаловедении. Главная особенность нитевидных кристаллов – их практически идеальная кристаллическая структура, почти лишенная дефектов (дислокаций). Это наделяет их уникальными механическими свойствами: их прочность на разрыв может приближаться к теоретическому пределу, в десятки и сотни раз превышая прочность обычных поликристаллических материалов. Растут такие кристаллы обычно из основания, например, по механизму «пар-жидкость-кристалл». Сегодня нитевидные кристаллы используются как армирующие волокна в высокопрочных композиционных материалах для аэрокосмической отрасли и спорта. Их уникальные электрические и поверхностные свойства находят применение в создании полевых эмиттеров для дисплеев, чувствительных сенсоров и катализаторов. Изучение нитевидных кристаллов позволило глубже понять механизмы роста кристаллов и влияние дефектов на свойства материалов.

Ответ: Открытие нитевидных кристаллов с их почти идеальной структурой и сверхвысокой прочностью привело к созданию новых композитных материалов и расширило фундаментальные представления о прочности твердых тел.