CC BY
5
УДК 65.011.8:371.214.112:53
Федишин Я.1., доктор фшософи, професор ® Федишин Т.Я., доктор фшософи, кандидат ветеринарних наук Лъе1есъкий нацюнальний утеерситет еетеринарног медицины та бютехнологгй ¡мет С. З. Гжицького
РЩКОКРИСТАЛ1ЧШ ДАТЧИКИ У ДЕМОШСТРАЦ1ЯХ Ф1ЗИЧШИХ ЯВИЩ
У результатI проеедення експеримент1е еказат можлиеост1 застосуеання ргдкокристалгчних датчите у демонстрац1ях фгзичних яеищ. Показано, як при застосуеант простих матер1ал1е можна наглядно продемонструеати низку еажлиеих фгзичних яеищ I закоте.
Ключовi слова: р1дю кристали (РК), ргдкокристалгчнг датчики (РКД), нагр1еання, охолодження, дифузгя, теплопроегднгсть, ¡нфрачереош промет.
Вступ: Рщю кристали (РК) набули широкого застосування в наущ, техтщ i побуи. Тшьки за останне десятирiччя дослщжено багато нових щкавих явищ з фiзики рiдких кристалiв, накопичений багатющий матерiал та написано кiлька тисяч оригшальних робiт.
Зазвичай в молекулярних кристалах впорядкованi як положення, так i орiентацiя молекул. Однак у деяких з них в певному температурному iнтервалi iснують фази з дещо меншою впорядкованiстю. Зокрема, може залишатися впорядкованою орiентацil молекул, але вщсутня кореляцiя !х розмiщення. В цьому випадку немае перешкод для взаемного перемщення молекул, тобто зникае мщшсть i модуль зсуву, але збер^аеться анiзотропiя. Такi фази називають рiдкокристалiчними або мезоморфними [1].
Матер1али та методика. Поряд з шшими застосуваннями рiдкi кристали або датчики на !х основi (РКД), можна використати для модершзаци лекцiйних демонстрацш, зокрема, наприклад, реестраци температурних змш, змiни концентраци i складу газу i iнших. Пiдiбравши певний тип i склад сумiшей рiдких кристалiв для потрiбного температурного iнтервалу отримують рiдкокристалiчний датчик з допомогою якого можна показати контрастну змiну кольору, що вiдповiдае нагрiванню або охолодженню речовини, змiнi складу чи концентраци газу.
Результати дослщжень: Використовуючи властивост рiдких кристалiв, якi е дуже чутливi i змiнюють колiр при змш температури (складу або концентраци газу), можна наочно продемонструвати серед шших такi явища: I. Перетеорення мехатчног енерги е теплоеу при ударг.
Шматок металу (сталевий брусок), за^плений на дерев'янiй пiдставцi, розмщаемо на масивнiй дерев'янiй дошцi, i вдаряемо молотком по ньому. На^вання бруска при цьому демонструемо за змшою кольору РКД, який нанесений на поверхню тонко! мщно! пластини, що закршлена до бруска.
® Федишин Я.1., Федишин Т.Я., 2008
205
2. Охолодження газу при розширент.
У вщроток гумово! камери м'яча вставляемо скляну трубку з краном. Вшьний кшець трубки мае розширення, на яке нанесено рщкий кристал. Попередньо наповнивши камеру пов^рям вiдкриваемо кран. Повiтря, що виходить з камери, розширюеться i охолоджуеться. Колiр РКД змiнюеться.
3. Дифуз1я газу в повтр1
На внутршню сторону скляно! трубки наносимо смужку РКД. Резервуар з киснем (наприклад гумова камера, попередньо заповнену киснем), пiдносимо до одного з кшщв трубки. Вiдкривши кран, спрямовуемо кисень з камери в трубку з пов^рям. РКД мшяе колiр з того кiнця трубки, який знаходиться ближче до камери, а дальше поступово вздовж вае! трубки.
4. Нагр1вання повтря при адгабатичному стиску.
Велосипедною помпою здшснюемо кшька накачок, закриваючи вихiдний отвiр. На^вання спостерiгаемо по смужцi нанесеного рщкого кристала на корпус помпи поряд з вихщним отвором.
5. Охолодження ргдини тд час гг випаровування. Збыьшення ¡нтенсивност1 випаровування в1д швидкостг руху повтря над поверхнею ргдини.
На однш зi стiнок кювети, виготовлено! з станiолi, яка повернута до аудитора, нанесений РКД. Пiд час наливання спирту у кювету спостер^аемо змiну кольору РКД. Продуваючи повiтря над поверхнею спирту за допомогою гумово! грушi, спостерiгаемо змiну кольору РКД.
6. Теплопров1дшсть ргзних метал1в.
У мщний цилiндр загвинчеш на однаковiй вiдстанi вiд його основи три стержш однакового розмiру з рiзних металiв (мiдi, алюмшю, залiза) з нанесеними на !х поверхнi РКД. Нагрiваючи основу цилшдра, спостерiгаемо за послiдовнiстю змiни кольору в залежност вiд швидкостi поширення теплоти в рiзних металах. Швидюсть змiни кольору зменшуеться в такш послiдовностi: мiдь, алюмiнiй, залiзо.
7. Явище Пельтье
На ебоштовш пластинщ прикрiпленi двi клеми, мiж якими натягнуто спаяний з двох металiв провiдник. Пiд спаем на ебошт наносимо РКД. При проходженнi струму в одному напрямi спай на^ваеться, а в протилежному -охолоджуеться. На^вання та охолодження фiксуемо по змш кольору РКД.
8. Наявшсть ¡нфрачервоних промешв.
Одш половинки смужок фольги зафарбоваш в чорний колiр, а свiтлi половинки покритi РКД. Помщаемо темну частинку кожно! пластинки на мюце розмiщення кольорiв суцшьного еспекту i бачимо змiну кольору РКД. Зауважуемо, що змiнюють колiр також i тi пластини, яю розмiщенi пiсля червоного кольору суцшьного спектру, тобто у шфрачервонш його области
9. Демонстрацт прямолттного поширення ¡нфрачервоних промешв.
Для шфрачервоних промешв (як i для видимих) кут падiння дорiвнюе куту вiдбивання. Включена електроплитка випромшюе iнфрачервонi променi. Ставимо на шляху промешв дзеркало. Вони вщбиваються на такий же кут, тд
206
яким падають. Рееструемо положення променя на довгш смужщ чорного паперу з нанесеним на ньому РКД.
Розмщуемо на шляху шфрачервоних промешв вгнуте дзеркало, з допомогою якого збираемо променi в однш точцi - фокусi. Положення фокуса фшсуеться також з допомогою смужки чорного паперу з нанесеним РКД. 10.. Поглинання променевог енергИ' тыами з р1зними поверхнями.
Згинаемо станiолевi пластинки тд прямим кутом. Половинка зафарбована в чорний колiр, а друга - св^ла; обидвi половинки покрик рiдким кристалом. Вмикаемо електричну лампочку розмiщену бiля пластинки i за забарвленням РКД помiчаемо, що чорна половинка нагрiваеться бшьше нiж свiтла.
Висновки: Використання РКД для демонстрацш фiзичних явищ пропонуеться на лекцiях i лабораторно - практичних заняттях [2]. Дана методика демонстрацш е вщносно простою i наглядною. Для демонстрацiй можна застосовувати рiдкокристалiчнi датчики - плiвки ^ж двома прозорими плiвками знаходиться рiдкокристалiчна сумiш певного складу), якi виготовляються серiйно, або виготовити ix власноруч.
Лггература
1. Р.Г. Макитра, Я.И. Федышин, Я.М. Циканчук, В.Г. Моцко. Фазовые равновесия в бинарных системах холестерилбензоат - холестерилтолуилаты // Журнал общей химии. - 1981.- Т.51. - №10. - с.2372.
2.Посудш Ю. I., Бойко В. В., Попов £,Г., Федишин Я. I., Про вдосконалення викладання фiзичниx та бiофiзичниx дисциплiн // Наука i методика. Збiрник наукових праць. -2004. - Випуск 2. - с. 173.
Summary Fedyshyn Ya.I. Fedyshyn T. Ya.
Lviv National University of Veterinary Medicine and Biotechnoloqies named
after S.Z. Gzhytskyj
LIGUID CRYSTALS MEASURING ELEMENT IN DEMONSTRATION OF PHYSICAL EFFECTS.
As a result of carried ut experiments the indicated possibilities of using the liquid crystals measuring elements in demonstration of physical effects.
It was shown as at using of simple materials one can easily demonstrate the chain of important physical effects and laws.
Стаття надшшла до редакцИ 12.03.2008
207
