Qisqa qilib
aytganda
, nano milliarddan bir qismdir. Nanotexnologiya tushunchasi
uchun tugal va aniq ifoda yo‘q, ammo mavjud mikrotexnologiya asosida
bu o‘lchamlarni nanometrdagi texnologiya deb yuritish mumkin. Shuning
uchun mikrodan nanoga o‘tish bu moddani boshqarishdan atomni
boshqarishga o‘tish demakdir. Sohaning rivoji deganda esa asosan
uchtayo‘nalish tushuniladi:
NanoTEXNOLOGIYA Keyingi o‘n yillikda jahon jamoatchiligi lug‘at
boyligiga «nano» so‘zi kirib keldi. Xo‘sh, «nano» nima? Qisqa qilib
aytganda, nano milliarddan bir qismdir. Nanotexnologiya tushunchasi
uchun tugal va aniq ifoda yo‘q, ammo mavjud mikrotexnologiya asosida
bu o‘lchamlarni nanometrdagi texnologiya deb yuritish mumkin. Shuning
uchun mikrodan nanoga o‘tish bu moddani boshqarishdan atomni
boshqarishga o‘tish demakdir. Sohaning rivoji deganda esa asosan
uchtayo‘nalish tushuniladi:
-
o‘lchami atom va molekulalar o‘lchamlari bilan solishtirarli
elektron
sxemalarni tayyorlash
;
-
nanomashinalarni
loyihalash va ishlab chiqish
;
-
alohida atom va molekulalarni boshqarish va ulardan alohida
mikroob'ektlarni yig‘ish.
12.
Kvant o`ralar va ularning xususiyatlari.
Kvant o'ralar, fizika sohasida energiya, ovoz va boshqa fizikaviy
o'lchamlar kabi xususiyatlarni diskret qiymatlarga ega bo'lgan o'ralar
hisoblanadi. Kvant o'ralar, kvant mekhanikasining asosiy qoidalaridan
biri bo'lgan energiya diskretligi prinsipi asosida tushuniladi.
Kvant o'ralarning asosiy xususiyatlari quyidagilardir:
Diskretlik: Kvant o'ralar, energiya va boshqa fizikaviy o'lchamlar kabi
xususiyatlarda diskret qiymatlarga ega bo'lishi bilan ajralib turadi. Bu
degani, ular faqat belgilangan, diskret qiymatlarga mos keladigan
energiya qiymatlarini olishadi.
Energiya miqdori: Kvant o'ralar energiya miqdorlari bilan ifodalangan
bo'lib, Planck konstantasi (h) bilan ta'minlangan. Energiya miqdori,
o'ralarning kvantlari orqali hisoblanadi va belgilangan o'ralar
miqdorlarining ko'payishi bilan o'sadi.
O'ralarning tashqi ko'rsatkichlari: Kvant o'ralar, o'zaro aloqalar, o'zaro ish
urish va o'zaro ta'sir o'tkazishda tashqi ko'rsatkichlarga ega bo'lishi
mumkin. Misol uchun, fotonlar, elektromagnit ovozning kvantlari bo'lib,
tashqi ko'rsatkichlarga, masalan, material bo'shlig'ida tuzilgan atomlar
bilan aloqada bo'lishadi.
Tarkibiy xususiyatlar: Kvant o'ralarda tarkibiy xususiyatlar ham mavjud
bo'lishi mumkin. Misol uchun, fotonlar, elektromagnit spektri bo'yicha
turli chastotalarda bo'lishi va har bir kvantning belgilangan energiyasi va
imzosining bo'lishi mumkin.
Kvant o'ralar, kvant mekhanikasining asosiy prinsiplaridan biri bo'lib,
ko'p sohalarda, masalan, fotonlar, elektronlar, atomlar va molekullar kabi
ob'ektlar bilan bog'liq holatda tushuntiriladi. Ularning xususiyatlari,
fizikaviy vazifalarni yechishda, elektronika, kriptografiya, kompyuterlar
va boshqa sohalarda keng qo'llaniladi.
13.
Nano o‘lchamli klasterlar va kristallar. Nano texnologiyalar.
Nano o‘lchamli klasterlar va kristallar, nanotexnologiyalar sohasida
muhim ahamiyatga ega bo‘lgan strukturaviy tuzilmalardir.
Nano o‘lchamli klasterlar, atomlar yoki molekullar to‘plamidir, ularga
xos xususiyatlarga ega bo‘lishi uchun o‘lchami nanometrda (10
⁻⁹
metr)
bo‘lishi kerak. Klasterlar, o‘zaro aloqalar bilan ko‘p tarkalgan va
moslashgan korpuskullardan iborat bo‘lishi mumkin. Ularning
xususiyatlari tarkibiy elementlarga, klasterning o‘lchamiga va tuzilishiga
bog‘liq bo‘lib, ularning elektronlar, optik, magnetik va kimyoviy
xususiyatlari o‘zgarishi mumkin.
Nano o‘lchamli kristallar esa regulyar tuzilmalarga ega bo‘lgan nano
o‘lchamli materiallar hisoblanadi. Kristallar atomlar, ionlar yoki
molekullar jamlanishi bo‘lib, ularning atomlar orasidagi tartib va
o‘lchamlari to‘g‘risidagi o‘sishlar va o‘sishlar moda olinadi. Nano
o‘lchamli kristallar, kichik o‘lchamlari tufayli yuqori poverkhnost-massa
nisbatiga ega bo‘lishi va optik, elektrik, termal va boshqa xususiyatlarni
o‘zida aks ettirishi bilan ajralib turadi. Ularning tuzilishida modifikatsiya
qilish imkoniyatlari kengdir.
Nano texnologiyalar esa nano o‘lchamli materiallardan va
nanostrukturadan foydalanib, ulardan iborat qurilmalar va tizimlarni
ishlab chiqish, o‘rnatish va ulardan foydalanishga asoslangan
texnologiyalar to‘plamini ifodalaydi. Nano texnologiyalar, materiallar,
elektronika, energiya, tibbiyot, kataliz, o‘qitish va boshqa sohalarda
innovatsion yechimlarni taklif etadi. Ularning foydalanishiga qaramay,
nanotexnologiyalar etik, muammoli va xavfsizlik masalalari bilan ham
bog‘liq bo‘lgan muhim muammolar mavjud.
14.
Fizikaviy jarayonlarni modellashtirish imkoniyatini
beruvchi dasturiy vositalar orqali fizikaviy jarayonni
modellashtirish.
Fizikaviy jarayonlarni modellashtirish uchun juda ko'p turli xil dasturiy
vositalar mavjud bo'lib, ularning har biri o'zining kuchli va zaif
tomonlariga ega. Eng ko'p ishlatiladigan vositalardan ba'zilari: 1.
MATLAB:MATLAB - bu muhandislik, fizika va boshqa ilmiy sohalarda
keng qo'llaniladigan jismoniy jarayonlarni modellashtirish uchun
mashhur dasturiy vosita. U raqamli hisoblash, ma'lumotlarni tahlil qilish
va vizualizatsiya qilish uchun keng qamrovli vositalar to'plamini taqdim
etadi.
Simulink: Simulink - bu MATLAB ichidagi grafik dasturlash muhiti
bo'lib, foydalanuvchilarga dinamik tizimlarni modellashtirish va
simulyatsiya qilish imkonini beradi. U jismoniy komponentlarni
modellashtirish uchun oldindan qurilgan bloklar kutubxonasini taqdim
etadi va foydalanuvchilarga murakkab modellarni yaratish uchun ushbu
bloklarni bir-biriga ulash imkonini beradi.
COMSOL Multiphysics: COMSOL Multiphysics – bu fizik jarayonlarni
modellashtirish uchun kuchli dasturiy vosita bo‘lib, u sanoatning turli
sohalarida, jumladan, muhandislik, fizika va kimyoda qo‘llaniladi. U
murakkab jismoniy tizimlarni modellashtirish uchun ilg'or xususiyatlarni,
jumladan multifizika simulyatsiyasi, optimallashtirish va dizayn
vositalarini taklif etadi. COMSOL Multiphysics - foydalanuvchilarga
fizikaga asoslangan turli modullardan foydalangan holda murakkab
jismoniy tizimlarni modellashtirish va simulyatsiya qilish imkonini
beruvchi simulyatsiya dasturi. U foydalanuvchilarga modellarni yaratish
va manipulyatsiya qilish, fizikani aniqlash va tenglamalarni echish
imkonini beruvchi grafik foydalanuvchi interfeysini taqdim etadi.
ANSYS: ANSYS - bu muhandislik va fanda keng qo'llaniladigan
jismoniy jarayonlarni modellashtirish uchun etakchi dasturiy vositadir. U
murakkab jismoniy tizimlarni modellashtirish va simulyatsiya qilish
uchun ilg'or xususiyatlarni, jumladan suyuqliklar dinamikasi, strukturaviy
tahlil va elektromagnitika vositalarini taklif etadi.
15.
Suyuq kristallar va ularning xususiyatlari.
Suyuq kristallar, suyuq kristall holat, mezomorf holat — moddalarning
suyuqlik (oquvchanlik) xossalari hamda qattiq kristallarning baʼzi
xossalari (anizotropiya) ga ega boʻlgan oraliq holati. Suyuq kristallar
hosil qilgan moddalarning molekulalari tayoqcha yoki choʻziq
plastinkasimon shaklda boʻladi. Termotrop va liotrop xillarga boʻlinadi.
Termotrop Suyuq kristallar — maʼlum temperatura oraligʻida mezomorf
holatda, undan past trada qattiq kristall, yuqori trada esa oddiy suyuklik
holatida boʻladi. Masalan, iazoksianizol 118,27° da anizotrop boʻlib,
suyuq kristallar hosil qiladi. 135,85° da esa u izotroplikni namoyon qilib,
oddiy suyuqlikka aylanadi. Baʼzi moddalarning maxsus erituvchilardagi
eritmasi liotrop Suyuq kristallar deyiladi.
Suyuq kristallar molekulalarining tartiblanish darajasiga koʻra nematik
("azoksionizol, sintetik polipeptid eritmalari) va smektik (sovunning
suvdagi eritmasi) Suyuq kristallar ga boʻlinadi. Nematik va smektik
Suyuq kristallarning tashki koʻrinishini polyarizatsion mikroskop
yordamida osongina ajratish mumkin. Nematik Suyuq kristallar ipsimon,
smektik Suyuq kristallar konussimon, tayoqchasimon va bosqichli tuzil
gan.
Suyuq kristallarning xolesterik (xolesterinning propil efiri) xili ham
mavjud boʻlib, uning molekulalari birbiriga parallel joylashgan uzunchoq
plastinkasimon shaklda. Xolesterik Suyuq kristallar organik suyukdiklar
va qattiq kristallarning optik faolligidan bir necha marta yuqori boʻlgan
optik faollikkya ega.
Baʼzi termotrop Suyuq kristallar 2 mezomorf holatda boʻlishi mumkin
(qarang Polimorfizm). Bunda strukturaviy oʻtishlar quyidagicha:
qattiq^smektik—jematik—>amorfsuyuq kristall faza sxemasi boʻyicha
boradi va 1 tartibli faza oʻtish sodir boʻladi.
Suyuq kristallar elastik, magnit va optik anizotroplik, yopishqoqlik, elektr
oʻtkazuvchanlik va boshqa xossalarga ega.
Suyuq kristallar 1888-yilda F. Reynitser va O. Lemanlar tomonidan kashf
etilgan.
16.
Katta adron kollayderi va uning ishlash prinsipi.
Katta adron kollayderi yoki Katta adron toʻqnashtiruvchisi (
ing
.
"Large
Hadron Collider", LHC)
-
zaryadlangan zarralarni tezlatuvchi majmua. Fransiya va Shveysariya ch
egarasida, yer sathidan 175 m pastda joylashgan. Aylana shaklida
qurilgan tunneli uzunligi 27 km. Dunyodagi eng katta va quvvatli
zarracha tezlatkichidir.
Kollayderni qurishdan asosiy maqsad Higgs bozoni mavjud yoki mavjud
emasligini aniqlashdir. Asosiy tajriba bunday oʻtkaziladi: har birining
energiyasi 7 TeV boʻlgan protonlar yoki 574 TeV
boʻlgan qoʻrgʻoshin yadrolari yorugʻlik tezligining 99.9999991%ida
qarama-qarshi tomondan uchirilib, toʻqnashtiriladi. Toʻqnashuv natijasida
ajralib chiqqan zarrachalar qayd etiladi va ular orasidan Higgs bozoni
xususiyatlariga ega boʻlgani qidiriladi. Higgs bozoni mavjudligi
hozirgi Standart Model nazariyasini toʻliq tasdiqlashi kerak (Standart
Model gipoteza emas, zero boshqa tajribalar uning katta qismi
toʻgʻriligini isbotlagan). Aks holda massaning qayerdan paydo boʻlishi
haqida yangi faraz qurib, Standart Modelga oʻzgartirish kiritishga toʻgʻri
keladi.
17.
Quyosh fotoelektrik elementlari va modullari.
Quyosh fotoelektrik elementlari va modullari, quyosh energiyasini elektr
energiyasiga aylantirishda ishlatiladigan qurilmalar hisoblanadi. Ular,
fotoelektrik effektdan foydalanib, quyoshning noorli energiyasini
o'zlashtirish va elektr energiyaga o'zgartirishni amalga oshirish uchun
ishlatiladi.
Quyosh fotoelektrik elementlari quyosh energiyasini o'zlashtirish uchun
boshlang'ich elementlardir. Ularning asosiy komponenti fotoelektrik
o'zlashtiruvchilar (fotodetektorlar) bo'lib, ularda elektr o'qibatini beruvchi
fotoelektronlar yaratiladi. Bu elementlar, quyoshni qabul qilib, uning
noorli energiyasini elektr energiyasiga aylantirish uchun ishlatiladi.
Fotoelektrik effektda, fotonlar elektronlarni energiya berishini va ulardan
elektr oqibatini olishni ta'minlayadi.
Quyosh fotoelektrik modullari esa, bir nechta fotoelektrik elementlardan
iborat tizimlardir. Modullar, quyosh energiyasini katta miqdorda to'plash
uchun bir araya kelgan elementlar to'plamidir. Bu modullar, genellikle
quyosh paneli, quyosh batareya yoki quyosh elektr stansi sifatida ham
nomlanadi.
Quyosh fotoelektrik elementlari va modullari bir qancha sohalarda
foydalaniladi. Ularning asosiy foydalanishi energiya iste'moli sohalarida
bo'lib, quyosh energiyasini elektr energiyasiga aylantirish orqali
to'plangan energiya ishlab chiqarishda qo'llaniladi. Bu sohalar quyosh
energiyasidan foydalanishning ekologik va energiya-tasarrufovchi
variantlarini taklif etadi, masalan, quyosh paneli yordamida elektr
energiyasini ishlab chiqarish, quyosh suv isitgichlari, quyosh elektr
stansiyalari va boshqalar.
Quyosh fotoelektrik elementlari va modullari yuqori effektivlik, qulay
o'rnatish va bakteriyalar va zararli moddalar ishlatilmayotgan energiya
yechish uchun keng qo'llaniladi. Ularning foydalanishi energiya sohasida
innovatsion yechimlarni taklif etadi va o'zining eng yaxshi xususiyatlarini
namoyon etadi.
18.
Ultratovush va uning qo‘llanilishi.
Tovush-gazsimon, suyuq yoki qattiq muhitda toʻlqin shaklida
tarqaladigan elastik muhit zarralarining tebranma harakati.
Tor maʼnoda — odam va hayvonlarning maxsus sezgi organlari orqali
qabul qilish eshitish hodisasi.
Eshitiladigan va eshitilmaydigan tovushlar bor. Chastotasi 16 Gs — 20
kGs gacha boʻlgan toʻlqinlar inson qulogʻida tovush sezgisini uygʻotadi.
Chastotasi 16 Gs dan kichik boʻlgan elastik toʻlqinlar infratovush deb
ataladi. Chastotasi 20 kGs - 1 GGs boʻlgan toʻlqinlar ultratovush va
chastotasi u U>1GGs dan yuqori boʻlgan toʻlqinlar gipertovush deyiladi.
Infra, ultra va gipertovushlarni inson qulogʻi eshitmaydi. Gaz va
suyuqliklardagi toʻlqinni faqat boʻylama toʻlqin, qattiq jismlarda
tarqaladigan toʻlqinlar esa ham boʻylama, ham koʻndalang boʻlishi
mumkin. Tovush tezligi quruq havoda 15° trada 0,34 km/s,
suyukdikda 152 km/s,
qattiq jismda
506 km/s (olmosda 18 km/s) boʻladi.
Har qanday real Tovush
oddiy garmonik tebranish emas
, balki maʼlum
chastotalar toʻplamiga ega boʻlgan garmonik tebranishlarning
yigʻindisidan iborat. Berilgan Tovushda ishtirok etuvchi tebranishlar
chastotalari toʻplami Tovushning akustik spektri debataladi.
Agar Tovushda maʼlum intervaldagi barcha chastotaga ega
boʻlgan
tebranishlar ishtirok etsa
,
u holda spektr
tutash spektr deyiladi.
Agar Tovush bir-biridan chekli intervallar bilan ajralib turuvchi diskret
chastotali tebranishlardan tashkil topgan boʻlsa, spektr chizikli
spektr deyiladi.
Shovqinlar
, masalan, daraxtlarning shamolda
shitirlashi
tutash spektrga
, cholgʻu asboblari Tovushlari esa chiziqli spektrga ega
boʻladi.
19.
Dopler effekti.
Doppler effekti - kuzatuvchi (qabul qiluvchi) ga nisbatan nurlanish
manbasining harakati tufayli kuzatuvchi (qabul qiluvchi) tomonidan
qabul qilinadigan nurlanish chastotasining va shunga mos ravishda to'lqin
uzunligining o'zgarishi [1] . Effekt avstriyalik fizik Kristian Doppler
sharafiga nomlangan.
Doppler effektining sababi shundaki, to'lqin manbai kuzatuvchi tomon
harakat qilganda, har bir ketma-ket to'lqin tepasi kuzatuvchiga oldingi
to'lqin cho'qqisiga qaraganda yaqinroq pozitsiyadan chiqadi [2][3] .
Shunday qilib, har bir keyingi to'lqin kuzatuvchiga oldingi to'lqinga
qaraganda bir oz kamroq vaqt kerak bo'ladi. Shunday qilib, kuzatuvchiga
ketma-ket to'lqin cho'qqilari kelishi orasidagi vaqt qisqaradi, bu
chastotaning oshishiga olib keladi.
Kashfiyot tarixi[tahrir | manbasini tahrirlash]
Suvdagi to'lqinlarni o'z kuzatishlariga asoslanib, Doppler shunga o'xshash
hodisalar boshqa to'lqinlar bilan havoda sodir bo'lishini taklif qildi.
To'lqinlar nazariyasiga asoslanib, 1842 yilda u yorug'lik manbasining
kuzatuvchiga yaqinlashishi kuzatilgan chastotani oshiradi, masofa esa uni
kamaytiradi, degan xulosaga keldi (" Of the Colored Light of Double
Stars and Certain Other Stars in the Heavens (ingl. maqolasi) "). Doppler
kuzatuvchi tomonidan qabul qilingan tovush va yorug'lik tebranishlari
chastotasining to'lqinlar manbai va kuzatuvchining bir-biriga nisbatan
harakat tezligi va yo'nalishiga bog'liqligini nazariy jihatdan asosladi.
Keyinchalik bu hodisa uning nomi bilan atalgan.
20.
Optik kvant generatorlar (lazerlar).
Lazer kogerent nurlanish chiqaruvchi elektr-optik qurilmadir. Atama
inglizcha "laser" qisqartmasidan kelib chiqib, L ight A mplification
by S timulated E mission of R adiation (majburiy nurlanish yordamida
yorugʻlikni kuchaytirish), deb yoyiladi. Tipik lazer divergensiyasi past va
toʻlqin uzunligi qatʼiy cheklangan (yaʼni, monoxrom) yorugʻlik chiqaradi.
Lazer (ing. laser; Light Amplifi cation by Stimulated Emission of
Radiation — majburiy nurlanish yordamida yorugʻglikning kuchayishi
maʼnosini anglatadigan soʻz birikmalarining bosh harflaridan olingan),
optik kvant generator — ultrabinafsha, infraqizil va koʻzga koʻrinadigan
soha diapozondagi nurlanishlarni hosil qiluvchi qurilma; kvant
elektronikadagi asosiy qurilmalardan biri. Birinchi Lazer 1960-yilda
yoqutda amerikalik olim T. Meyman tomonidan yaratilgan. Ishi atom va
molekulalarning majburiy nurlanishiga asoslangan. L. har xil energiya
(elektr, yorugʻlik, kimyoviy, issiklik va h.k.)ni optik diapozondagi
kogerent elektromagnit nur energiyasiga aylantirib beradi. U 3 element —
energiya manbai, aktiv muhit (modda), teskari bogʻlanishdan iborat (agar
L. kogerent nurni kuchaytirish uchun xizmat qilsa, teskari boglanish zarur
emas). L. boshqa yorugʻlik manbalardan kogerentligi, monoxromatikligi,
juda kichik burchak ostida yoʻnalganligi bilan, nur kuvvatining katta
spektral zichlikka, juda yuqori tebranish chastotasiga egaligi bilan
farqlanadi. Aktiv muhitga koʻra, L. quyidagi guruhlarga boʻlinadi: 1)
qattiq jism va suyuqlikdan tayyorlangan L; 2) gazli L; 3)
yarimoʻtkazgichli L. Bulardan tashqari, eksimer, kimyoviy va h.k. L.
xillari ham bor. L.da teskari bogʻlanish optik rezonator (ikki koʻzgu)
yordamida amalga oshiriladi. Koʻzgular orasiga aktiv modda
joylashtiriladi. Nur toʻlqini koʻzgulardan qaytib, yana aktiv moddadan
oʻtadi, unda majburiy oʻtishlarni yuzaga keltiradi. Koʻzgulardan biri
qisman shaffof boʻlib, u cheksiz koʻp oʻtishlardan keyin kuchaygan nurni
tashqariga chiqib ketishiga xizmat qiladi.
L.ning ishlash tamoyilida atom tuzil ishi muhimdir. Moddalarni tashkil
qilgan atomlarni energetik holatlari (orbitasi) har xil. Pastki orbitada
zarrasi boʻlgan atom turgʻun, yuqori orbitada zarrasi boʻlgan atom
beqaror boʻladi. Yuqori orbitada zarra uzoq turmaydi. Maʼlum vaqt
oʻtgach, zarra pastki orbitaga tushib, atom oʻzidan nur chiqaradi. Yuqori
energetik holatlar (orbita) dagi oʻzoʻzidan pastga, yaʼni, energetik
turgʻunroq holatga tushmasa, uni "turtib" tushirib yuborishi mumkin.
Buni fanda majburiy nurlatish deyiladi. Togʻ ustidan pastga yumalatilgan
bitta tosh bir necha toshni yumalatib tushirganidek, moddaning bitta
zarrasi turtib yuborilsa, barcha orbitalardagi zarralar qoʻzgʻaladi. Atom
chiqargan nur bilan yutilgan nur koʻshilib, ikkitasi toʻrtta, toʻrttasi
sakkizta va h.k. L. nuriga aylanadi. Bu nurlarni kvant generator (elektr
signal kuchaytirgichiga oʻxshab) kuchaytirib, gʻoyat toʻgʻri yoʻnalgan nur
(energiya)ga aylantirib beradi. Energiya manbai (oʻzgarmas tok, yuqori
yoki oʻta yuqori chastotali tok, optik yoki L. nuri, elektron nur dastasi)
hisobiga aktiv moddadagi elektronlar yuqori (uygʻotilgan) sathlarga oʻtib,
inversiya holati (elektronlar soni yuqori sath N2 da quyi sath N, dagiga
nisbatan koʻp boʻladi) vujudga keladi. Ularga biror energiya manbai bilan
taʼsir ettirilsa (mas, yorugʻlik nuri), aktiv modda ishga tushadi. Bunda
elektronlarga berilgan energiya bir necha ming marta koʻpayadi va shu
onda L. nuri shaklini oladi. Bundan tashqari, L. nurining qurilmadagi
kuchaytirish koeffitsiyenti Kk unda sodir boʻladigan energiya
yoʻqotishlar koeffitsiyenti Ky dan ancha katta (KkJ.) boʻlishi kerak. Shu
shartlar bajarilganda L. nuri generatsiyasi (hosil boʻlishi)ga erishish
mumkin
| 