Номер 5, страница 71 - гдз по физике 8 класс учебник Хижнякова, Синявина

Глава 5. Агрегатные состояния вещества. Параграф 19. Строение твёрдых тел. Задания и упражнения - номер 5, страница 71.

Условие.

5. Приведите примеры использования монокристаллических и поликристаллических тел в технике.

Решение.

Примеры использования монокристаллических тел в технике

Монокристаллы — это твёрдые тела, которые являются единым, непрерывным кристаллом. Их кристаллическая решётка имеет одинаковую ориентацию по всему объёму. Эта идеальная структура обуславливает их уникальные свойства (например, анизотропию — зависимость свойств от направления), которые ценятся в высокотехнологичных отраслях.

Основные области применения:

1. Электроника и полупроводники: Монокристаллы сверхчистого кремния ($Si$) и германия ($Ge$) являются основой для производства интегральных схем, процессоров, транзисторов и диодов. Совершенная структура без дефектов и границ между кристаллами обеспечивает стабильные и предсказуемые электрические характеристики.

2. Оптика и лазерная техника: В качестве рабочего тела в твердотельных лазерах используют монокристаллы искусственного рубина, сапфира, алюмо-иттриевого граната (YAG). Монокристаллы кварца ($SiO_2$) благодаря пьезоэлектрическому эффекту применяются как стабилизаторы частоты в часах и радиоаппаратуре.

3. Машиностроение и приборостроение: Для самых ответственных деталей, работающих при экстремальных температурах и нагрузках, таких как лопатки турбин реактивных двигателей, используют жаропрочные сплавы в виде монокристаллов. Отсутствие границ зёрен значительно повышает их прочность и сопротивление деформации при высоких температурах. Монокристаллы алмаза используются для изготовления режущих инструментов и буровых коронок высочайшей твёрдости.

Ответ: Монокристаллы применяются в производстве микросхем (кремний), в лазерах (рубин, сапфир), в качестве стабилизаторов частоты в часах (кварц) и для изготовления лопаток турбин авиационных двигателей.

Примеры использования поликристаллических тел в технике

Поликристаллические тела состоят из большого числа мелких, сросшихся между собой кристаллов (зёрен), которые, как правило, ориентированы хаотично. Это наиболее распространённый тип твёрдых тел в природе и технике. Их свойства на макроуровне обычно изотропны (одинаковы во всех направлениях).

Основные области применения:

1. Металлургия и строительство: Абсолютное большинство металлов и сплавов (сталь, чугун, алюминий, медь, титан, латунь) являются поликристаллами. Из них изготавливают строительные балки, корпуса автомобилей, детали станков, провода, трубы и посуду. Механические свойства поликристаллических металлов (твёрдость, прочность, пластичность) можно целенаправленно изменять путём термической обработки (закалка, отжиг), которая влияет на размер и форму зёрен.

2. Керамика: Техническая и бытовая керамика (например, оксид алюминия, карбид кремния, фарфор) — это поликристаллические материалы. Они используются как электрические изоляторы, огнеупорные материалы, абразивы, режущие инструменты и компоненты бронезащиты.

3. Солнечная энергетика: Поликристаллический кремний является одним из основных материалов для производства солнечных батарей. Хотя его эффективность немного ниже, чем у монокристаллического, он значительно дешевле в производстве, что делает его экономически выгодным для массового применения в фотоэлектрических панелях.

Ответ: Поликристаллические тела — это практически все металлы и сплавы, используемые в машиностроении и строительстве (сталь, алюминий), техническая керамика (изоляторы, режущие пластины), а также поликристаллический кремний для солнечных панелей.