Приходченко ФЕР-2031

Актуальность: жидкие кристаллы нашли широкое применение в современном мире: это и термометры, и панель часов, экраны телевизоров, мониторы компьютеров и т.п.. [1] В связи с этим данные ЖК приборы подвергаются внешнему воздействию. Поэтому в этом эксперименте мы рассмотрим поведение жидких кристаллов при различных воздействиях извне и проанализируем их свойства.
Жидкие кристаллы (ЖК) – это состояние вещества, характеризуемое одновременно свойствами как жидкостей, так и кристаллических веществ. Например, жидкие кристаллы текучи как жидкости, но при этом сохраняют ориентацию молекул наподобие кристаллов. [2]
Вместо двух фазовых переходов у ЖК наблюдается цепочка из пяти-шести переходов.[2]
Жидкие кристаллы обладают мезофазой (оптически анизотропная фаза) : увеличение шага спирали в холестериках, связанное с близостью смектической фазы; аномалии характеристик нематика (модулей упрогости, вязкости) и др. [3]
(Анизотропия – зависимость физических свойств вещества от направления.) [4]
1.Блинов Л.М. «Жидкие Кристаллы: Структура и свойства»
2.П. де Жен «Физика жидких кристаллов» ( в переводе А.А. Веденова)
3. С. Чандрасерак "Жидкие кристаллы«
4. Физический энциклопедический словарь А.М.Порохов

Мезофазу можно получить двумя разными путями:
1) Налагая пространственное упорядочение в одном или двух, но не в трех измерениях.
Пространственным порядком в физике называют, как правило, упорядоченное в пространстве расположение объектов, часто атомов или молекул.[5]
Систему можно рассматривать как стопку двумерных жидких слоев, расположенных один над другим.
2) Вводя новые степени свободы, отличные от центра тяжести.
Степени свободы - не­за­ви­си­мые воз­мож­ные из­ме­не­ния со­стоя­ния фи­зич. сис­те­мы, обу­слов­лен­ные ва­риа­ция­ми её па­ра­мет­ров. [4]
Термотропные жидкие кристаллы. Термотропные ЖК, образующиеся в результате нагревания твёрдого вещества и существующие в определенном интервале температур и давлений. Термотропные жидкие кристаллы делятся на три вида: нематическая, холестерическая, смектическая. [6]
5. Вяткин В.Б. «Хаос и порядок дискретных систем в свете синергетической теории информации»
6. Большая советская энциклопедия

Нематический ЖК - вещество, чьи молекулы длинными осями спонтанно ориентированы приблизительно параллельно друг другу. (рис.1)
Холестерический ЖК - вещество с оптически активными молекулами
Оптическая активность — Способность среды вызывать Вращение плоскости поляризации проходящего через неё оптического излучения [6]
Смектические ЖК - вещества со слоистой структурой. (рис.2)
Важно отметить, что энергия, необходимая для деформации ЖК, ничтожна мала, что даже малейшее возмущение, вызванное, например, пылинкой или неоднородностью поверхности, может сильно исказить структуру.[3]
рис.1
рис.2

Свойства ЖК (по Отто Леману) :
1.Две точки плавления: вначале образуется мутный расплав, а при дальнейшем повышении температуры этот расплав превращается в прозрачную жидкость [4]
2.Отражение циркулярно поляризованного света. Поляризованный свет – световые волны, электромагнитные колебания которых распространяются только в одном направлении.
3.Способность поворачивать плоскость поляризации света*. [2]
Круговая (циркулярная) поляризация – состояние электромагнитной волны, при котором концы ее электрического ε и магнитного H векторов в каждой точке пространства, занятой этой волной, описывают окружности в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны.(рис.3)[6]
рис.3

Круговая (циркулярная) поляризация – состояние электромагнитной волны, при котором концы ее электрического ε и магнитного H векторов в каждой точке пространства, занятой этой волной, описывают окружности в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны.(рис.4)[6]
*Поляризация –это характеристика поперечных волн. Она описывает положение вектора колеблющейся величины в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны. ( включает в себя вектор напряженности электрического поля ε или магнитного поля H)[7]
При повороте поляризационного фильтра волна света заменяется на другую, повернутую на такой же угол, на который повернут фильтр.(рис )
Поляризационный фильтр - это устройство, которое делает из естественного (хаотичного) света поляризованный (упорядоченный). Поляризатор состоит из поляризационных фильтров.[8]
Рис.4
7.Сборник рекомендуемых терминов. Выпуск 79. Физическая оптика. Академия наук СССР. Комитет научно-технической терминологии. 1970 г.
8.https://zaochnik.ru/blog/polyarizaciya-sveta-dlya-chajnikov-opredelenie-sut-yavleniya-i-sushhnost/

При механическом давлении происходят наноразмерные сдвиги в расположении молекул жидких кристаллов. Это изменение связано с тем, что более упорядоченная расширенная структура при нажатии сближается друг с другом достаточно близко, чтобы сформировать связь с более низкой энергией (изменяется как длина волны, так и частота).
Данное явление называется пьезохромизмом - изменение цвета в ответ на физическое давление или напряжение (рис. 5). Благодаря этому выражаются свойства как кристаллов (жесткость), так и жидкостей (текучесть). [9]
рис.5
9. Анри Буа-Лоран и Хайнц Дюрр, « Органический фотохромизм » .

Таким образом целью нашей работы является наблюдение за свойствами жидких кристаллов при внешних воздействиях.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
Изучение свойств жидких кристаллов;
Наблюдение за свойствами жидких кристаллов при внешних воздействиях: механическом, термическом.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.
Проверка способности поворачивать плоскость поляризации света при помощи поляризационного фильтра.
Мы наблюдаем, что при повороте поляризационного фильтра свет продолжает проходить, а это значит, что при повороте из множества пучков света проходит только один, повернутые на такой же угол. Эффект плохо различим на снимках из-за наложенного поверх поляризатора с большим количеством решеток.

Проверка строения жидких кристаллов при помощи механического давления.
При нажатии на ЖК панель мы наблюдаем за резкой сменой цвета с серого(нормального) на фиолетовый ( результат пьезохромизма). Как только давление перестает быть оказано на участок поверхности ЖК, они приобретают свой естественный цвет снова.

Проверка температурным воздействием.
При погружении ЖК-панели в водяную баню при температуре 60◦С она становится черной из-за того, что молекулы становятся менее упорядоченными. Изменение является обратимым, если нагрев является не слишком сильным. Для углубленного изучениях возьмем техпаспорт похожих часов.
Взяв за пример «ГОСТ 23350-98 Часы наручные и карманные электронные», мы видим, что температурный предел для электрических часов от -10◦С до +60◦С.

Проверка отражение циркулярно поляризованного света.
Сняв верхний слой поляризатора самой панели и разрезав его на две части, одну из который мы повернем на какой-то угол, мы наблюдаем, что она темнеет. Это происходит из-за того, что световые волны движутся в одном направлении и при изменении угла наклона поляризатора, волна не попадает в прежнюю фазу.