Fizyka wykład 22.05.2007
Ciekłe kryształy
Ciekłe kryształy to unikalny rodzaj cieczy, której cechą wyróżniającą jest anizotropia własności fizycznych. Anizotropia jest cechą wielu kryształów, nie występuje natomiast dla cieczy - poza wyjątkiem ciekłych kryształów. Ciekłe kryształy mają często kilka faz w różnych zakresach temperatury, zaś w wysokiej temperaturze przechodzą w stan cieczy izotropowej. Ciekłe kryształy odkryte zostały w 1888 r. przez austriackiego botanika F. Reinitzera, który zaobserwował pod mikroskopem polaryzacyjnym istnienie cieczy wykazujących dwójłomność optyczną. Ważną cechą ciekłych kryształów jest wydłużony kształt molekuł. Pod względem struktury (sposobu ułożenia tych molekuł) ciekłe kryształy dzielimy na : nematyczne (molekuły równoległe), smektyczne (równoległe względem siebie molekuły są rozmieszczone warstwami) i cholesterolowe. Wskaźniki barwne wykonane są na bazie ciekłych kryształów, mających strukturę typu cholesterolowego. W takich kryształach molekuły rozmieszczone są warstwowo, ale w ten sposób, że ich długie osie, pozostając wzajemnie równoległe są jednocześnie równoległe do warstw. Wszystkie molekuły z warstwy następnej są skręcone o pewien stały kąt względem molekuł leżących w warstwach sąsiadujących. Wynikiem tego skręcenia jest swoista struktura śrubowa o interesujących własnościach optycznych, np. długość skoku linii śrubowej decyduje o barwie światła selektywnie odbitego. Zewnętrze oddziaływania, jak pole elektryczne, pole magnetyczne, mechaniczne naprężenia, a także zmiany temperatury mogą zmieniać skok śruby a więc i zmieniać własności optyczne kryształów. Można tak komponować mieszaniny cholesterolowych ciekłych kryształów, aby zadana barwa światła odbitego pojawiła się w ściśle określonej temperaturze. Ponadto można dobierać zakres temperatur, w jakim barwa powinna zmienić się od np. czerwonej do fioletowej.
struktura ciekłych kryształów typu cholesterolowego
Ekstremalnie temperatury na kuli ziemskiej
AFRYKA
+57,7ºC (Libia, 13.09.1992); -23,9ºC (Maroko, 11.02.1935)
ANTARKTYDA
+16,6ºC (Hope Bay, 05.01.1942); -89,2ºC (21.07.1983)
AZJA +53,9ºC (Izrael , 21.06.1942); -69,8ºC (Syberia, 07.02.1892)
AUSTRALIA
+50,7ºC (Płd. Australia, 02.01.1960); -23,0ºC (Nowa Płd. Walia, 29.06.1994)
EUROPA
+50,0ºC (Hiszpania, 04.08.1881); -55,0ºC (Rosja)
AMERYKA PŁN.
+56,7ºC(Arizona USA, 10.07.1913); -63,0ºC (Kanada, 03.02.1947)
Najwyższa temperatura
10 lutego 200r. europejskie laboratorium cząstek elementarnych CERN pod Genewą wydało komunikat, że udało się zaobserwować plazmę kwarkowo-gluonową, która była 100tys. Razy gorętsza niż wnętrze Słońca, co odpowiada temperaturze 10
(…)
… rozpraszania mierzył detektor (komora jonizacyjna).
Rozkład natężenia ma maksima dla dwóch długości fali. Jedna długość jest to długość fali padającej, druga jest od niej większa o Δλ (przesunięcie komptonowskie). Wielkość ta zmienia się wraz z kątem, pod którym obserwujemy rozproszone promieniowanie rentgenowskie. Compton zinterpretował te wyniki doświadczenia postulując, że padająca wiązka promieniowania…
…, tracą one swoją energię kinetyczną, która zostaje wyemitowana w postaci promieni X.
Rozkład widmowy promieniowania rentgenowskiego dla różnych wartości energii padających elektronów.
Elektrony emitowane z katody przyspieszane są polem elektrycznym i uzyskują energię Ekin=0,5mv02=eU, trafiając w anodę oddają ją głównie w postaci ciepła nagrzewając ją. Pozostała część energii zostaje wypromieniowana…
… β,m=4 linia γ
Źródłem promieniowania rentgenowskiego może być też wychwyt elektronu. Zjawisko polega na tym, że z niskiej powłoki (zazwyczaj K) do jądra wciągany jest elektron. W jądrze proton ulega zamianie na neutron i emitowane jest neutrino v. W efekcie tej przemiany jądro przesuwa się o jedną pozycje niżej w układzie okresowym. Na wolne miejsce na powłoce K przechodzi elektron z wyższej powłoki, czemu towarzyszy emisja promieniowania rentgenowskiego o określonej długości fali. Wychwyt K zachodzi dla ciężkich jąder.
Oddziaływanie promieni X z materią
Prawo pochłaniania . Wiązka promieniowania o natężeniu I0 przechodząc przez materię ulega osłabieniu. Natężenie promieniowania I(x) po przejściu przez warstwę o grubości x wyraża się wzorem Gdzie μ, m-1, jest liniowym współczynnikiem…
… materialnej o pędzie p.
Pęd cząstki
jeżeli przyjmiemy, że mamy wiązkę elektronów rozpędzonych polem elektrycznym o napięciu U to Ek=eU
stąd:
Przykładowo dla napięcia U=150V długość fali λ=10-10m.
W celu zaobserwowania falowych aspektów ruchu cząstek materialnych musimy dysponować układem fizycznym o otworach lub przesłonach mających odpowiednio małe rozmiary. Takim układem możliwym do wykorzystywania w doświadczeniu jest sieć krystaliczna o odległościach między sąsiednimi płaszczyznami atomowymi rzędu . DAVISON I GERMER badając rozpraszanie elektronów na krysztale niklu analogicznie jak dla promieni rentgenowskich w doświadczeniu BRAGG'A uzyskali identyczne obrazy interferencyjne.
Wiązka elektronów przyspieszana napięciem U (Ek elektronu wynosi eU) pada na monokryształ niklu. Detektor ustawiony…
… litu i chlorku sodu. Rozkład prędkości dla danej temperatury:
gdzie v-prędkość najbardziej prawdopodobna
μ- masa cząsteczkowa
Dla T=360K otrzymujemy
Doświadczenia potwierdziły, że nie tylko elektrony, lecz wszystkie poruszające się materialne obiekty, naładowane i nienaładowane, wykazują cechy falowe w warunkach charakterystycznych dla optyki fizycznej. Stern wykonał doświadczenia, z których wynika…
... zobacz całą notatkę
Komentarze użytkowników (0)