Виконуємо навчальний проект разом. Агрегатні стани речовини

Шановні друзі! Ви ознайомилися з фізичними властивостями тіл у різних агрегатних станах. Досягнення фізики в галузі молекулярно-кінетичної будови тіла дали можливість створити речовини з унікальними властивостями, які утворюють основу сучасної техніки та технології. Пропонуємо і вам долучитися до цього процесу й виконати навчальний проект, в якому дослідити фізичні властивості та використання рідких кристалів, полімерів або наноматеріалів.

Щоб навчальний проект став вашим справжнім маленьким відкриттям, ретельно сплануйте його виконання та дотримуйтеся встановленого графіка роботи. Обговорюйте всі питання, що виникають, з учителем і товаришами. Зверніть увагу: навчальний проект виконується в декілька етапів, кожний із яких є важливим.

На першому етапі доцільно проаналізувати проблему та визначити найпринциповіші питання, що потребують вивчення, а також джерела інформації, в яких вони висвітлюються. Важливо конкретизувати завдання та розподілити їх між окремими учнями, якщо проект виконується колективно.

На другому етапі збирають інформацію з проблеми проекту, аналізують різноманітні джерела, пропонують власні ідеї та обговорюють ідеї інших учасників. Попередні результати можна обговорити з учителем.

На третьому етапі оформляються отримані результати та готується презентація проекту. Завершується проект захистом, час та форма якого узгоджуються з учителем.

Пропонуємо окремі основні питання з теми навчального проекту, на які доцільно звернути увагу в процесі його виконання.

1. РІДКІ КРИСТАЛИ ТА ЇХ ВЛАСТИВОСТІ. Речовини, які можуть перебувати в проміжному (між твердим та рідким) агрегатному стані, називають рідкими кристалами. Фізичні властивості таких речовин визначаються істотними силами взаємодії між молекулами, що забезпечує збереження сталого об’єму та поєднання властивостей твердих тіл і рідин, високу чутливість до температури, тиску, електричного й магнітного полів. Під зовнішніми впливами рідкі кристали можуть змінювати свої характеристики (наприклад, колір, електропровідність), тому їх використовують під час виготовлення дисплеїв різноманітних цифрових пристроїв та електронних датчиків. Рідкі кристали дають можливість створювати надтонкі й гнучкі пристрої, але їхнім недоліком є помітна уразливість щодо механічних пошкоджень (рис. 2.9).

Рис. 2.9. Майбутнє цифрової електроніки за гнучкими надтонкими рідкокристалічними дисплеями

Цікаво, що такі біологічні речовини, як дезоксирибонуклеїнова кислота, що несе код спадкової інформації, і речовина мозку, теж є рідкими кристалами.

Тому одним із перспективних напрямів є використання рідких кристалів у медицині.

В Україні дослідження рідких кристалів розпочалися із середини 1980-х років у Інституті фізики НАН України. На початку 1990-х років тут був відкритий ефект «фотоорієнтації» рідких кристалів світлочутливими полімерами, що забезпечило нові можливості їх використання в науці та техніці. Сьогодні у відділі фізики кристалів Інституту фізики НАН України тривають фундаментальні теоретичні та експериментальні дослідження властивостей рідких кристалів.

2. ПОЛІМЕРИ. Особливі властивості мають природні та штучні сполуки з великою кількістю повторювань однакових або різних атомів, з’єднаних у довгі ланцюги, — полімери (2.10). Їхня здатність до відновлення форми після значних деформацій, низька крихкість, електро- та теплоізоляційні властивості, висока стійкість в агресивних середовищах забезпечують широке використання в техніці та побуті. Одним із недоліків полімерів є старіння.

Рис. 2.10. Молекула водорозчинного полімеру

Природні полімери — білки, відіграють важливу роль у життєдіяльності живих організмів. Перспективним напрямом застосування полімерів є їх використання як біосумісних матеріалів для імплантатів.

3. НАНОМАТЕРІАЛИ. Основою сучасних технологій стають наноматеріали — речовини, молекули яких не перевищують за розмірами 1 нм (10^-9 м): фулерени, нанотрубки та нановолокна, нанопористі структури, нанодисперсії, наноплівки. Нанокристалічні матеріали набувають поширення завдяки унікальним тепловим, електричним, магнітним властивостям. Наноматеріали є основою для технологій, що дають можливість обробляти речовини в діапазоні розмірів, які не перевищують товщину волосини, та створювати об’єкти з новими хімічними, фізичними й біологічними властивостями.

Українські вчені активно працюють у напрямі дослідження наноматеріалів. Наприклад, науковці відділу фізико-неорганічної хімії Інституту загальної і неорганічної хімії ім. В. Вернадського НАН України розробляють технологію створення вуглецевих самозбірних наноматеріалів.

Зміст