Здравствуйте, уважаемые обучающиеся. И так этой лекцией мы завершаем изучение огромного раздела - молекулярной физики, который мы изучали очень долго и прежде чем приступить к изучению этой последней лекции, давайте вспомним какие темы мы с вами прошли.
И так...основные положения молекулярно-кинетической теории. Масса и размеры молекул, опыт Перрена. Масса молекул. Взаимодействие молекул, количество вещества. Молярная масса. Оценка размеров молекул, порешали простейшие задачи на вычисление числа и массы молекул, далее чуть более сложные задачи на вычисление числа и массы молекул, далее порешали экспериментальные задачи, далее прошли тему идеальный газ и основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеального газа, порешали задачи на основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеального газа, далее поговорили о тепловом равновесии и температуре, об абсолютной температурной шкале, порешали задачи на тему молекулярно-кинетической теории, далее прошли тему средней кинетической энергии молекул многоатомного газа, поговорили о средней квадратичной скорости молекул и опыте Штерна, распределение молекул по скоростям и распределении Максвелла, порешали задачи на вычисление скорости молекул, изучили распределение Максвелла, поговорили об уравнении состояния идеального газа. Квазистатических процессах и универсальном газовом законе, изопроцессах и их графиков и частных газовых законах, очень подробно порешали задачи на газовые законы (1 часть, 2 часть, 3 часть, 4 часть), поговорили о построении графиков изопроцессов в различных координатах, порешали задачи на построение графиков процессов в газах, далее решали различные задачи на тему изопроцессов (1 часть, 2 часть), далее поговорили о предмете термодинамики и внутренней энергии тела, о вычислении работы в термодинамике, порешали задачи на вычисление внутренней энергии системы и задачи на вычисление работы в термодинамике, поговорили о количестве теплоты, теплоемкости и первом законе термодинамике, порешали простейшие задачи на первый закон термодинамики, поговорили о применении первого закона термодинамики для различных процессов, порешали задачи на первый закон термодинамики (1 часть, 2 часть), поговорили об уравнении теплового баланса, порешали задачи на уравнение теплового баланса и задачи на теплопередачу, поговорили о тепловых двигателях и их КПД и цикле Карно, более подробно поговорили о двигателях внутреннего сгорания (1 часть, 2 часть), порешали простейшие задачи на тепловые двигатели, более подробно порешали усложненные задачи на тепловые двигатели (1 часть, 2 часть), поговорили о холодильных машинах и тепловых насосах, об устройстве компрессионного холодильника, порешали различные задачи по термодинамике, поговорили об испарении и конденсации, насыщенном паре и его свойствах, о температурной зависимости давления пара и точке росы, о влажности воздуха, об абсолютной и относительной влажности воздуха, приборах измерения влажности - гигрометрах, порешали задачи на вычисление влажности, поговорили о кипении жидкости и критической температуре, вывели уравнение Ван-дер-Ваальса, изучили изотермы реального газа, порешали задачи на тему свойства паров, поговорили о поверхностной энергии и коэффициенте поверхностного натяжения, порешали простейшие задачи на поверхностное натяжение, поговорили о смачивании и капиллярных явлениях, порешали задачи на поверхностное натяжение (1 часть, 2 часть) , поговорили о давлении под искривленной поверхностью жидкости и формуле Лапласа, порешали задачи на давление Лапласа, поговорили о поверхностных явлениях в природе, технике и быту, порешали задачи на капиллярные явления, и различных задач на капиллярные явления, поговорили о кристаллических и аморфных телах, о деформации твердых тел и классификации видов деформации, о законе Гука и модуле Юнга, о диаграмме растяжения и запасе прочности, дефектах в кристаллах, управление механическими свойствами твердых тел и выращивании кристаллов и закончим мы эту тему этой лекцией которая называется жидкие кристаллы.
И так... жидкие кристаллы...вообще-то в названии этой темы содержится внутреннее противоречие... как же так? Мы же знаем, что кристалл характеризуется тем, что у него есть своя форма, более того правильная огранка, если это монокристалл, молекулы или ионы или атомы в кристалле расположены строго регулярно и у кристалла есть своя форма.
Жидкость наоборот не имеет своей формы, она принимает форму сосуда, объем, правда, у нее есть. И получается такое противоречие вроде как: светлая тьма или холодное пламя или холодный кипяток, но на самом деле последнее словосочетание холодный кипяток, они только не для посвященного означают противоречивость. Потому что мы знаем, если снижать давление, например, то температура кипения жидкости может снизится настолько, что даже холодная жидкость будет кипеть. То же самое касается и жидких кристаллов. Оказывается, что при определенных условиях некоторые молекулы могут обладать одновременно и свойствами жидкости и свойствами кристаллов. Однако, далеко не всякие молекулы могут образовывать жидкие кристаллы. У тех молекул, которые образуют жидкие кристаллы есть определенные свойства. Это всегда органические молекулы, причем, молекулы очень крупные. Относительная молекулярная масса жидких кристаллов всегда больше, чем 1000 единиц. Это очень тяжелые и массивные молекулы. Размеры этих молекул отличаются длинной, диаметром (или поперечным размером) раз в 8-10. Т.е , отношение длины молекулы к ее диаметру порядка 8-10 безразмерных величин. И вот, например, характерные размеры молекул жидких кристаллов - порядка 4 нм. и диаметр 0,5 нм.
Как были открыты жидкие кристаллы? Они были открыты не химиком и не физиком, они были открыты Австрийским ботаником Фридрихом Рейнецером и было это в 1889 году. Рейнитцер изучал вещество с таким названием, как холестерилбензоат. И так что же обнаружил Рейнитцер? Он обнаружил следующее - это органическое вещество при температуре меньше, чем 145 градусов представляет собой твердое вещество. В диапазоне температур от 145 градусов Цельсия, до температуры 179 градусов Цельсия - это мутная жидкость и при температуре свыше 179 градусов - это прозрачная жидкость. Так вот оказывается, что в температурном диапазоне от 145 до 179 градусов Цельсия - это вещество как раз и представляет собой жидкий кристалл. Интересным является тот факт, что у жидкого кристалла две температуры плавления - 145 т 179 градусов Цельсия. Мы знаем, что жидкие кристаллы сейчас очень распространены и об этом в конце лекции мы еще будем говорить, но если, конечно, жидкокристаллическая фаза существует в таком диапазоне температур, это для практического применения это крайне не удобно. но найденные жидкие кристаллы, а их сейчас может быть сотня или даже больше различных органических веществ. И есть кристаллы у которых переходы из твердого в жидкокристаллическое и из жидкокристаллического в фазу обычной жидкости, например, лежат в диапазоне от минус 40 до плюс 80 градусов Цельсия, а есть еще более широкодиапазонные от минус 50 до плюс 110 градусов Цельсия. И вот некоторые жидкокристаллические вещества обладают такими температурными характеристиками.
Что же происходит с веществом при первой и второй температуре плавления? И давайте посмотрим изображение из которого становится понятным, что из себя представляют эти переходы и что из себя представляет жидкий кристалл.
Что же заставляет превращаться вещество из твердой в жидкокристаллическую или из жидкокристаллической в твердую фазу? Почему так получается? Как вы думаете? Что заставляет разрушаться кристаллическую решетку? Кинетическая энергия молекул. Она становится больше, чем энергия, которая связывает эти молекулы в кристаллическую решетку и если температура достаточно большая, то происходит переход как обычное плавление. Только в случае обычных веществ полностью разрушается кристаллическая структура. А поскольку формы этих молекул вытянутые, то такая кристаллическая структура разрушается не сразу. Сначала возникает некий беспорядок, но не полный. Ориентация молекул все-таки в одном направлении сохраняется, а уже при более высокой температуре и этот порядок тоже разрушается. И оказывается, что существуют три типа жидких кристаллов.
Теперь давайте поговорим о применении жидких кристаллов. Не трудно догадаться, что структура жидкокристаллическая структура металлов очень подвижная. Поэтому на жидкие кристаллы и их свойства влияет все подряд. Изменение температуры влияет на разрушение жидкокристаллической структуры, магнитное, электрическое поля - все это взаимодействует с жидкими кристаллами и может изменить их свойства. Поэтому, например, существуют жидкокристаллические термометры. Даже можно сказать, что термометр - это не как точный прибор, а индикатор того, что температура превысила определенное значение. Давайте представим себе, что пленочка черного цвета, но если приложить ее к руке, то в тех местах где проходят кровеносные сосуды она становится золотистой, потому что в тех местах, где проходят кровеносные сосуды, там выше немного температура, а небольшое изменение температуры изменяет оптические свойства жидкого кристалла и он из черного становится золотистым. Ультразвук тоже влияет на состояние жидкокристаллической структуры, но, наверное, самое распространенное и самое известное вам это применение жидких кристаллов в жидкокристаллических индикаторах, жидкокристаллические экраны мониторов, различных вольтметров, как это все работает? Давайте попытаемся разобраться...
И теперь давайте посмотрим несколько изображений, которые иллюстрируют устройство ЖК.
И в конце лекции давайте поговорим о том, как формируется цвет в жидкокристаллической ячейке.
На этом мы эту лекцию закончим.
Если тебе понравилось, подпишись на канал и поддержи автора