Ответьте на вопросы, страница 84 - гдз по физике 10 класс учебник Закирова, Аширов

Ответьте на вопросы

1. Почему монокристаллы ценятся больше, чем поликристаллы?

2. Почему камнем на кирпиче можно оставить царапины, а кирпичом на камне – нет?

3. Почему графитовый стержень карандаша легко отслаивается, только в направлении, перпендикулярном его оси?

1. Монокристаллы представляют собой сплошные кристаллы с единой, непрерывной кристаллической решеткой, в то время как поликристаллы состоят из множества мелких, хаотично ориентированных кристалликов (зерен). Границы между этими зернами в поликристаллах являются дефектами структуры. Эти дефекты ухудшают многие важные физические свойства: они рассеивают свет (снижая прозрачность), препятствуют упорядоченному движению носителей заряда (ухудшая электрические свойства) и могут служить очагами зарождения трещин (снижая механическую прочность при определенных условиях). Монокристаллы, лишенные этих недостатков, обладают однородными и предсказуемыми свойствами по всему объему. Именно эта структурная совершенность и, как следствие, уникальные оптические, электронные и механические характеристики делают их незаменимыми в высокотехнологичных областях, таких как микроэлектроника (монокристаллы кремния), лазерная техника и оптика (сапфир, рубин). Кроме того, процесс выращивания крупных и бездефектных монокристаллов технологически сложен и дорог, что также вносит вклад в их высокую ценность по сравнению с поликристаллами, производство которых значительно проще и дешевле.

Ответ: Монокристаллы ценятся выше поликристаллов благодаря своей совершенной и непрерывной кристаллической структуре, которая обеспечивает уникальные и превосходные физические свойства (оптические, электронные, механические), необходимые для современных технологий. Их высокая стоимость также обусловлена сложностью и дороговизной процесса их выращивания.

2. Данное явление объясняется различием в твердости материалов. Твердость — это способность материала сопротивляться внешнему механическому воздействию, в частности, царапанию. Согласно общему правилу, более твердый предмет оставляет царапину на более мягком. Твердость минералов и материалов часто сравнивают по шкале Мооса. Камень, особенно такой как гранит или кремень, в своем составе содержит минерал кварц, твердость которого составляет 7 по шкале Мооса. Кирпич же изготавливается из обожженной глины, и его твердость значительно ниже — обычно в диапазоне от 4 до 6 по шкале Мооса. Поскольку камень (кварц в его составе) тверже, чем материал кирпича, он способен при трении разрушать поверхность кирпича, оставляя на ней борозду-царапину. При попытке же поцарапать камень кирпичом произойдет обратное: частицы более мягкого кирпича будут истираться о твердый камень, оставляя на нем лишь цветной след, который не является царапиной и легко стирается.

Ответ: Камень может поцарапать кирпич, потому что минералы, составляющие камень (например, кварц), обладают большей твердостью, чем материал обожженной глины, из которого сделан кирпич.

3. Легкое отслаивание графитового стержня объясняется его анизотропной кристаллической структурой. Графит состоит из плоских слоев, в каждом из которых атомы углерода прочно связаны друг с другом сильными ковалентными связями в гексагональную сетку. Однако сами эти слои соединены между собой очень слабыми межмолекулярными силами (силами Ван-дер-Ваальса). При производстве карандашного стержня слои графита преимущественно ориентируются вдоль его оси. Когда мы пишем, мы прикладываем к стержню силу трения о бумагу, которая действует параллельно этим слоям. Этой силы достаточно, чтобы преодолеть слабые связи между слоями, в результате чего они легко соскальзывают друг с друга и остаются на бумаге, образуя линию. В то же время, чтобы разорвать стержень поперек слоев, потребовалось бы разрушить прочные ковалентные связи внутри них, что требует значительно большего усилия. Таким образом, графит легко отслаивается (расщепляется) только вдоль плоскостей, параллельных его слоям.

Ответ: Графит имеет слоистую структуру, где атомы в слоях связаны очень прочно, а сами слои друг с другом — очень слабо. При письме сила трения легко сдвигает эти слабо связанные слои, которые и остаются на бумаге в виде следа.