Номер 5, страница 318 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Синяков

Глава 8. Твёрдые тела и их превращение в жидкости. Параграф 8.10. Примеры решения задач. Вопросы - номер 5, страница 318.

Условие.

5. Используя различные источники информации, обобщите существующие в настоящее время сведения о жидких кристаллах. Ответ представьте в виде схемы.

Решение.

Жидкие кристаллы (ЖК)

• Определение:

  • Промежуточное (мезоморфное) агрегатное состояние вещества, которое обладает одновременно свойствами как жидкости (текучесть), так и твёрдого кристалла (анизотропия свойств, в частности оптических).

  • Молекулы в жидких кристаллах упорядочены в одном или двух измерениях, но не в трёх, как в твёрдых кристаллах. Они обладают дальним ориентационным порядком (молекулы ориентированы в одном направлении), но могут не иметь дальнего позиционного порядка (центры масс молекул расположены хаотично).

• Классификация:

  • По способу получения мезофазы:

    • Термотропные: переходят в жидкокристаллическое состояние при изменении температуры. Это наиболее распространенный и широко применяемый тип.

    • Лиотропные: образуются при растворении вещества в определённом растворителе (например, в воде) при определённой концентрации. Примерами являются мыльные растворы.

  • По типу упорядочения молекул (в основном для термотропных ЖК):

    • Нематики:

      • Молекулы имеют вытянутую, палочковидную форму.

      • Есть только дальний ориентационный порядок — длинные оси молекул ориентированы параллельно друг другу (вдоль направления, называемого директором), но их центры масс расположены хаотично, как в жидкости.

    • Смектики:

      • Обладают более высокой степенью порядка, чем нематики.

      • Молекулы сгруппированы в слои. Внутри каждого слоя существует ориентационный порядок, а сами слои могут смещаться друг относительно друга. Это придает им свойства "двумерной жидкости".

    • Холестерики (или хиральные нематики):

      • По структуре близки к нематикам, но состоят из оптически активных (хиральных) молекул.

      • Их структура представляет собой стопку тонких слоев, похожих на нематические, где директор в каждом последующем слое немного повернут относительно предыдущего. В результате образуется спиральная структура.

• Основные свойства:

  • Текучесть: способность течь и принимать форму сосуда, как обычные жидкости.

  • Анизотропия: зависимость физических свойств (показателя преломления, диэлектрической проницаемости, электропроводности) от направления. Это свойство, характерное для твёрдых кристаллов.

  • Высокая чувствительность к внешним воздействиям: ориентация молекул легко меняется под действием даже слабых электрических и магнитных полей, а также от температуры и механических напряжений. Это ключевое свойство для их применения.

  • Оптическая активность: способность изменять плоскость поляризации проходящего света, особенно у холестериков.

  • Селективное отражение света (у холестериков): из-за спиральной структуры они отражают свет в узком диапазоне длин волн (цветов), который зависит от шага спирали. Шаг спирали, в свою очередь, чувствителен к температуре, что вызывает изменение цвета кристалла при нагревании или охлаждении.

• Применение:

  • Информационные дисплеи (ЖК-дисплеи): в мониторах, телевизорах, смартфонах, калькуляторах, часах. Используется способность нематиков изменять свою прозрачность и поляризацию света под действием электрического поля.

  • Термография и термоиндикаторы: на основе холестериков, меняющих цвет в зависимости от температуры. Применяются в медицине для диагностики, в технике для контроля температуры поверхностей.

  • Оптические устройства: светофильтры, модуляторы света, переключатели, "умные" окна, изменяющие свою прозрачность или тон по желанию.

  • Косметология и бытовая химия: лиотропные жидкие кристаллы используются в кремах, шампунях, моющих средствах для создания нужной структуры и консистенции.

  • Электроника и связь: фазовращатели в антенных решетках, элементы оптических компьютеров.

Ответ:

Схема, обобщающая сведения о жидких кристаллах, их классификации, свойствах и применении, представлена выше.