Приклади розв’язування задач.

Задача 1. Яким має бути найбільший діаметр пор у гноті керогаза, щоб гас піднімався від дна керогаза до пальника на висоту ? Пори вважати однорідними циліндричними трубками. Густина гасу , коефіцієнт поверхневого натягу .

Дано: ; ;

-?

Розв’язання:

Висота підняття гасу по порах визначається за формулою: . Враховуючи, що , отримуємо: .

Після підстановки числових значень: .

Відповідь:

Дай відповідь

1. Розкрийте фізичну сутність явищ змочування і незмочування.

2. Чому плями із жиру на одязі не вдається змити водою?

3. Що називають капілярністю?

4. Обґрунтуйте, в якому випадку рідина у капілярі піднімається, а в якому – опускається.

5. Виведіть формулу, за якою визначають висоту піднімання чи опускання рідини у капілярі.

Розв’яжи

1. 50 г води повністю випарувалося із склянки за 5 діб. Скільки в середньому молекул вилітало з поверхні води за 1 с?

2. Тонке алюмінієве кільце радіусом 7,8 см і вагою 7·10^-2 Н дотикається до розчину мила (σ = 40·10^-3 Н/м). Яке зусилля потрібне для відривання кільця від розчину?

3. У капілярній трубці, радіус якої 0,5 мм, рідина піднялася на висоту 11 мм. Визначити густину цієї рідини, якщо її коефіцієнт поверхневого натягу становить 0,022 Н/м.

4. У двох капілярних трубках різного діаметра, занурених у воду, встановилася різниця рівнів 2,6 см. Коли ці самі трубки занурили в спирт, то різниця рівнів становили 1 см. Знаючи коефіцієнт поверхневого натягу води ( , визначити коефіцієнт поверхневого натягу спирту.

5. У рідину, що добре змочує скло, вертикально опущені дві скляні трубки: одна діаметром 1 мм, друга діаметром 1,55 мм. Рідина піднялась в одній трубці вище, ніж у другій на 5 мм. Визначити величину поверхневого натягу рідини, якщо її густина 800 кг/м³.

Тема 5:Полімери: їх властивості та застосування. „Розумні” полімери ( 2 год.).

Мета:поглибити знання студентів про тверді тіла, розкрити основні властивості полімерів та їх застосування.

План

1. Будова і властивості полімерів.

2. Практичне використання полімерів.

Література

1. В. Ф. Дмітрієва.Фізика.-К.:Техніка, 2008.-648 с.

2. С.У. Гончаренко. Фізика.-К.:Освіта,2012.-319 с.

1. У практичній діяльності людини великого значення набули аморфні речовини, які називають полімерами (мал. 48). Полімери— природні та штучні сполуки, молекули яких складаються з великого числа повторюваних однакових або різних за будовою атомних групувань, з'єднаних між собою хімічними або координаційними зв'язками в довгі лінійні або розгалужені ланцюги. Структурні одиниці, з яких складаються полімери називаються мономерами. Відносна молекулярна маса полімерів може змінюватися від декількох тисяч до мільйонів.

До них належать такі природні речовини, як бавовна, шерсть, дерево, шкіра, натуральний шовк, каучук, ебоніт тощо. Величезну кількість полімерних матеріалів видобувають штучно: віскозний шовк, синтетичний каучук, целофан, органічне скло, поліетилен, пластичні маси, штучні волокна, епоксидні смоли та ін. До природних полімерів належать і біополімери: білки, нуклеїнові кислоти. Із біополімерів побудовано клітини всіх живих організмів.

В основу класифікації полімерів закладені різні ознаки: походження, склад, методи утворення, структура, галузі використання. Так за походженням полімери поділяються на:

- природні або натуральні, до яких відноситься велика група (білки, крохмаль, целюлоза, натуральний каучук, природний графіт та ін.).

- синтетичні — утворені синтезом з мономерів (поліетилен з етилена, полістирол із стирола). Це ведуча група, тому що синтез дозволяє цілеспрямовано регулювати склад і властивості синтетичних полімерів.

- штучні — утворюються з природних полімерів шляхом їх хімічної модифікації (наприклад, при взаємодії целюлози з азотною кислотою утворюється нітроцелюлоза).

2. Практичне використання полімерів. Природні та штучні полімери відіграють велику роль у сучасній техніці. Без полімерів уже не може обійтися жодна галузь техніки, тим більше нової.

Полімери – основа гуми, лаків, фарб, клеїв, іонітів тощо. Завдяки введенню до полімерів домішок, можна створювати речовини з дуже цінними якостями: високою твердістю, легкістю, вогнестійкістю та ін.

пластики ПВХ	пластикати ПВХ	вініпласти
оргскло	фторопласт	поліуретан

Мал. 48. Деякі види полімерів

Основи нанотехнологій, як вважає значне число експертів, закладені лауреатом Нобелівської премії Р. Фейнманом у 1959 р. в його знаменитій лекції «Там внизу є багато вільного місця» на засіданні американського фізичного товариства. Термін "нанотехнологія" або "нанотехнології" – надалі був введений професором токійського університету Норіо Танігучи у 1974 р.

Нанотехнології — міждисциплінарні технології, які розроблені для об’єктів розмірами менш як один мікрон і дають змогу проводити дослідження, маніпуляції та обробку речовин у діапазоні розмірів від 0,1 до 100 нанометрів (1 нанометр — одна мільярдна метра).

Наноматеріал - це не один "універсальний" матеріал, це обширний клас безлічі різних матеріалів. Інколи помилково вважають, що наноматеріали - це просто дуже дрібні, "нано" частинки. Насправді, багато наноматеріалів є не окремими частинками, вони можуть бути складними мікрооб'єктами, які наноструктуровані на поверхні або в об'ємі. Такі наноструктури можна розглядати як особливий стан речовини, оскільки властивості матеріалів, утворених за участю структурних елементів нанорозмірів, не ідентичні властивостям звичайної речовини.

Зміни основних характеристик речовин і матеріалів обумовлені не тільки зміною розмірів, але і проявом квантово-механічних ефектів.

Властивості наноматеріалів, як правило, відрізняються від аналогічних матеріалів в масивному стані. Наприклад, у наноматеріалів можна спостерігати зміну магнітних, тепло- і електропровідних властивостей. Для особливо дрібних матеріалів можна відмітити зміну температури плавлення у бік її зменшення.

Для наноматеріалів актуальна проблема їх зберігання і транспортування. Маючи розвинену поверхню, матеріали дуже активні і охоче взаємодіють з навколишнім середовищем, перш за все це стосується металевих наноматеріалів.

Наноматеріали поділяються на 3 основні класи:

тривимірні частинки, що одержують вибухом провідників, плазмовим синтезом, відновленням тонких плівок і т. і.;

двовимірні об'єкти — плівки, що одержують методами молекулярного напластовування, методом іонного напластовування і т. і.;

о дновимірні об'єкти — ці об'єкти одержують методом молекулярного напластовування, введенням речовин в циліндрові мікропори і т.д.

Прикладом наноматеріалів є вуглецеві нанотрубки, фулерени та інші.

Вуглецеві нанотрубки (мал. 49) - були відкриті близько 10 років тому. Нова молекулярна форма вуглецю відкрила цілу серію нових і несподіваних фізичних, механічних і хімічних властивостей. Ці унікальні властивості зробили нанотрубки ключовим елементом нанотехнологій. Мал. 49. Вуглецеві нанотрубки

Нанотрубки можуть використовуватися при виготовленні молекулярних електронних пристроїв, нанотранзисторів і елементів пам'яті. Завдяки унікальним механічним властивостям нанотрубок можна виготовляти вуглецеві композити надзвичайної міцності для автомобільної і аерокосмічної промисловості.

Одним з методів, що використовується для вивчення нанооб'єктів, є скануючо-зондна мікроскопія (СЗМ). За допомогою скануючи-зондного мікроскопа можна не тільки побачити окремі атоми, але також вибірково впливати на них, зокрема, переміщати атоми по поверхні. Ученим вже вдалося створити двовимірні наноструктури на поверхні, використовуючи даний метод. Наприклад, в дослідницькому центрі компанії з дослідження наноматеріалів, послідовно переміщаючи атоми Ксенону на поверхні монокристала нікелю, співробітники змогли викласти три букви логотипу компанії, використовуючи 35 атомів Ксенону.

У найближчі десять років саме розвиток нанотехнологій та виготовлення нових наноматеріалів стане одним з основних рушіїв стимулювання істотних змін у таких галузях промисловості, як машинобудування, оптоелектроніка, мікроелектроніка, автомобільна промисловість, а також сільське господарство, медицина та екологія.

У розвинутих країнах світу з метою координації науково-дослідних і дослідно-конструкторських робіт, здобуття передових позицій на світовому ринку високотехнологічної продукції, а також забезпечення конкурентоспроможності та безпеки країни захист і розвиток найбільш перспективних, пріоритетних, так званих критично важливих технологій, до яких належать нанотехнології та виготовлення нових наноматеріалів, виділяються в окремий напрям. За аналітичними прогнозами інноваційний розвиток і рівень економіки у XXI столітті визначатимуть саме нанотехнології, що викличе істотні зміни в усіх сферах діяльності.

Використання можливостей нанотехнологій у найближчій перспективі сприятиме істотному економічному ефекту в таких базових галузях економіки, як: машинобудування, автомобільна промисловість, електроніка та оптоелектроніка, інформатизація, сільське господарство, охорона здоров’я, охорона навколишнього природного середовища .

Дай відповідь

1. Які речовини називаються полімерами.

2. Яку роль відіграють полімери в сучасній техніці.

3. Що відносимо до нанотехнологій та яке їх примінення.

Розв’яжи

1. Площа скла, що знаходиться у вітрині магазину, становить 6 м² при температурі 273 К. На скільки збільшиться площа цього скла при нагріванні до 313 К.

2. Визначити відносне скорочення при стиску бетону, якщо нормальна механічна напруга 8*10⁶ Па. Модуль Юнга для бетону 40 ГПа.

3. Яку кількість теплоти потрібно надати 5 кг міді, взятої при температурі 286 К , щоб нагріти її до плавлення і розплавити ? Тиск нормальний.