Презентация, доклад на тему Исследовательская работа по теме Применение драгоценных камней

№ 10
руководитель: Сидорина Марина Васильевна,
учитель физики МБОУ СОШ № 10

Вязьма 2018 г

Исследовательская работа по физике

драгоценные камни;
выяснить, какие свойства используются в технике и науке;
в каких отраслях промышленности используют драгоценные камни;
в каких устройствах применяются драгоценные камни.

присваивали им мистические, лечебные свойства, поклонялись им. А сколько сказок и настоящих историй, художественных произведений и кровавых убийств связано с этими прекрасными творениями природы.
Старая персидская легенда рассказывает, что благородные камни - творение сатаны, который, заметив, что Ева любуется пестрыми цветами, растущими в райских садах, дал им великолепные краски, дабы возбуждать в людских сердцах алчность, соблазн.
Уже в древнейшие времена они служили украшениями, а их блеск и окраска возбуждали удивление и восхищение.

сапфиры или рубины – это лишь те неподвижные сверкающие звезды, призвание которых украшать шеи и пальцы богатых красавиц. Однако это мнение ошибочно. Эти и другие камни день и ночь трудятся во множестве сфер человеческой жизни, включая даже самые тяжелые технические отрасли.

группа — ювелирные (драгоценные) камни.
I порядок: алмаз, изумруд, синий сапфир, рубин.
II порядок: александрит, благородный тадиит, оранжевый, желтый, фиолетовый и зеленый сапфир, благородный черный опал.
III порядок: демантоид, благородная шпинель, благородный белый и огненный опал, аквамарин, топаз, розолит, лунный камень (адуляр); красный термалин.
IV порядок: синий, зеленый, розовый и полихоромный турмалин, благородный сподунит (кунцит, гидделит), циркон, желтый, зеленый, золотистый и розовый берилл; бирюза, хризолит, аметист, хризопраз), пирон, альмаидим, цитрин.
Вторая группа — ювелирно-поделочные камни.
I порядок: раухтопаз, гематик-кровавик, янтарь, горный хрусталь;
II порядок: агат, цветной халцедон, кахонит, амазонит, родонит, гелиотроп, розовый кварц, иризирующий обсидием, обыкновенный опал; лабрадор; белопорит, непрозрачные шпаты.
Третья группа — поделочные камни.
Яшма, ганит, мраморный оникс, лиственит, абсидиан, гагат; джеспляит, селинит, флюорит, авеллютюриновый кварцит, агальматолит, цветной мрамор.

вызывает совершенно определенные ассоциации – это нечто драгоценное, даже недоступное, красивое и блестящее.
Однако у алмаза есть еще одно свойство, которое дало название этому замечательному минералу. «Алмаз» переводится с арабского языка как «твердейший». (непреодолимый, несокрушимый).

природным материалом известным на Земле;
алмаз проводит тепло в 5 раз быстрее, чем медь и именно поэтому он кажется холодным на ощупь;
чистый алмаз является самым прозрачным из известных материалов, он пропускает видимый, ультрафиолетовый и инфракрасный свет;
алмаз может быть и проводником, и изолятором;
алмаз может остаться целым в среде, которая разрушит другие материалы, он может выдержать большие физические, химические и радиоактивные воздействия;
если алмаз поместить внутрь человеческого тела, он не будет вызывать иммунной реакции.

возрастает при этом в среднем на 50%;
каждый карат алмазов, использованных в инструментах, приносит экономию 3—6 раз, а на некоторых работах сумму 200 – 250 рублей;
несмотря на то, что по стоимости алмазный инструмент в 40 раз превышает стоимость твердосплавного режущего инструмента, срок службы алмазного инструмента дольше в 150 раз.

при проведении строительных работ надо пробивать различные отверстия, например, дверные проемы в твердых материалах. Алмазные инструменты, позволяют производить сверление, резку и демонтаж стен.
Качественно вырезать проем даже в несущей стене.
Получать любые отверстий и делают они это без образования микротрещин, делают это легко, быстро и значительно тише.

Алмазная пила

Алмазное сверление

Алмазные диски и свёрла

Прочность алмаза делает его наиболее подходящим материалом, который применяется при изготовлении тонкой проволоки, в частности нитей накаливания электрических ламп.

Алмазные буры

Так выглядят алмазные резцы для обработки контактных линз

шлифующих и режущих инструментов.
Алмазное шлифование экранов кинескопов телевизоров повышает производительность обработки в 2–2,5 раза при улучшении качества изделий.
Для изготовления полировальных порошков и паст шлифующего материала.

Буровые коронки

для обработки камня

Круг алмазный шлифовальный

ядерных частиц.

В фильерах для вытягивания проволоки.

Кристаллы тяжелого сцинтиллятора

Фильеры экструзионные, твердосплавные.

ширину разрезов, это очень важное свойство для современной хирургии. Такие лезвия остаются острыми гораздо дольше, чем стальные.
Алмазы применяются в лазерных устройствах для прижигания разрезов и ран.

В стоматологии применяются плоские алмазные диски и алмазные головки, предназначенные для обработки твёрдых тканей зуба, и зубоврачебные наконечники вращающиеся. Так же используются алмазные инструменты в ортопедической стоматологии.

Алмазный микрохирургический скальпель

Стоматологические инструменты

материалом для использования теле человека, так как не вызывает в организме отторжения. Ученые в настоящий момент разрабатывают алмазные имплантаты, которые будут контролировать здоровье пациента или смогут взять на себя роль недееспособных тканей. Также ученые мечтают о крошечных машинах из алмазов, который в один прекрасный день позволят ускорить лечение и диагностику пациентов.
Высококачественные кристаллы алмаза оказались перспективными для рентгеновской оптики.
Ещё одно применение - это радиотерапия. При лечении онкологических заболеваний необходимо определять дозу облучения, нужен датчик и алмаз может использоваться для этих целей.

Алмазный костный бор диаметр 1,4 мм.

Переносная рентгеновская установка

Радиотерапия

что режут быстрее и служат дольше, чем другие материалы.
Синтетические технические алмазы оказались лучше природных, потому что их можно производить в неограниченном количестве, и можно задавать их свойства.

под острым углом.

Наждачный круг

Алмазные сверла

Надфили алмазные

шлифовальные машины

Паста алмазная

Бруски алмазные

твердых и сверхтвердых сплавов, стекла, каучука, пластмасс и других синтетических веществ дает огромный экономический эффект по сравнению с использованием твердосплавного инструмента. Чрезвычайно важно, что при этом не только в десятки раз повышается производительность труда (при токарной обработке пластмасс даже в сотни раз!), но одновременно значительно улучшается качество продукции. Обработанные алмазным резцом поверхности не требуют шлифовки, на них практически отсутствуют микротрещины, в результате чего многократно увеличивается срок службы получаемых деталей.
Совершенно незаменимы алмазы при вытачивании опорных рубиновых камней, используемых в часовых и многих других точных механизмах, а также при правке (восстановлении рабочей поверхности) шлифовальных корундовых и карборундовых кругов.
Обрабатываются алмазы только алмазами.

температуре, близость по электронной плотности к тканям человеческого тела выдвигают алмаз в число наиболее ценных материалов для счетчиков, которые могут использоваться в медицине, в том числе и для внутриполостных исследований.
Кристаллы алмаза, применимые в качестве счетчиков, крайне редки, поэтому цена их значительно выше, чем равных по величине ювелирных камней. Некоторые кристаллы алмаза являются полупроводниками р-типа в широком диапазоне температур и давлений. Использование алмазов в полупроводниковых и некоторых оптических приборах, а также в счетчиках ядерного излучения весьма перспективно, поскольку такие приборы способны работать в самых различных условиях, включая области низких и высоких температур, сильные электромагнитные и гравитационные поля, агрессивные среды и т. п. Следовательно, основанные на алмазах приборы могут оказаться незаменимыми при космических исследованиях, а также при изучении глубинного строения нашей планеты.

для производства микросхем.
Алмазы даже используются для создания покрытий, применяемых в реактивных самолетах, в используемых на кухне поверхностях и в космических кораблях, включая станцию Pioneer, запущенную в 1978 году с целью изучения Венеры, которая должна была выдерживать экстремальные температуры и условия.
С 50-х годов внимание ученых и конструкторов начинают привлекать другие физические свойства алмаза. Известно, что, попадая в кристалл, быстрые заряженные частицы выбивают электроны из его атомов, т. е. ионизируют вещество. В алмазе под действием заряженной частицы происходит световая вспышка и возникает импульс тока. Эти свойства позволяют использовать алмазы в качестве детекторов ядерного излучения. Свечение алмазов и возникновение импульсов электрического тока при облучении позволяет применять их в счетчиках быстрых частиц. Алмаз в качестве такого счетчика обладает неоспоримыми преимуществами по сравнению с газовыми и другими кристаллическими приборами.

по кабелю. Это дает возможность использовать его в области телекоммуникаций. Кроме того алмаз способен выдерживать высокое напряжение и изменение температуры.

Тепло проходит через алмаз гораздо быстрее, чем через медь. Это делает его применение полезным в местах, где много тепла генерируется на небольшом пространстве. Микроэлектронные устройства один из таких примеров.

Алмазные окна обеспечивают защиту в некоторых научных экспериментах, например в испытаниях с использованием кислот или расплавленной пластмассы. Алмазные окна также очень прозрачны, что позволяет следить за состоянием вещества, применяя инфракрасные измерительные приборы

Алмазное бурение – это наиболее эффективный и экономичный способ бурения горных пород. Рабочая часть современного бурового долота представляет собой отлитое из стали кольцо. На его торце (коронке) имеется ряд правильно расположенных углублений, в которые вставлены алмазы. При вращении бурового долота разбуривается кольцеобразная зона горных пород, а внутри остается твердый столбик породы – керн, который затем извлекается на поверхность.

Телекоммуникация

Электроника

Наука

Горное дело

приборостроительная, в огромных количествах используют тонкую проволоку, изготавливаемую из различных металлов. При этом предъявляются строгие требования к круговой форме и неизменности диаметра поперечного сечения проволоки при высокой чистоте поверхности. Такая проволока из твердых металлов и сплавов (вольфрама, хромоникелевой стали и др.) может быть изготовлена лишь с помощью алмазных фильер. Фильеры представляют собой пластинчатые алмазы с просверленными в них тончайшими (от 0,5 до 0,001 мм) отверстиями.

Широкое применение в промышленности находят и алмазные порошки. Их получают путем дробления низкосортных природных алмазов, а также изготавливают на специальных предприятиях по производству синтетических алмазов. Алмазные порошки используются в дисковых алмазных пилах, мелкоалмазных буровых коронках, специальных напильниках и в качестве абразива. Только с применением алмазных порошков удалось создать уникальные сверла, которые обеспечивают получение глубоких тонких отверстий в твердых и хрупких материалах. Такие сверла (алмазные «жала») позволяют высверливать, например, в стекле отверстия диаметром 2 мм и длиной до 850 мм! Алмазные порошки находят применение на гранильных фабриках, где все самоцветы, и в том числе алмазы, подвергаются огранке и шлифовке, благодаря чему невзрачные до этого камни становятся таинственно светящимися или ослепительно сверкающими драгоценностями, к неповторимой красоте которых никто не остается равнодушным.

и Новосибирске.
В современных лабораториях выращиваются материалы, которых нет в природе, но которые при огранке выглядят как драгоценные камни.

К их числу относится имитация бриллианта — фианит, впервые полученный в России в 1972 г. в Физическом институте АН СССР (сокращенно - ФИАН, отсюда название).

Фианиты – синтетические бриллианты.

можно распределить по группам.
1. Из алмазов, которые подвергаются обработке, получают зерна нужной геометрической формы. Это алмазы, предназначенные для изготовления сверел, резцов, стеклорезов, подшипников и наконечников.
2. Кристаллы алмазов, которые используют в необработанном виде в алмазно-металлических карандашах и в коронках для бурения.
3. Абразивные алмазы (мелкие кристаллы), имеющие сильные дефекты (пустоты или трещины), пригодны только для измельчения в порошок.
Синтетические алмазы нашли свое применение в технологии промышленного производства: изготовление радиоприемников, магнитофонов, телевизоров, обуви, часов, при обработке хрусталя и фарфоровой посуды, при производстве шариковых ручек, зеркал, электроутюгов, электробритв и других различных товаров народного потребления.
В обувной промышленности стельки и подошвы (перед склеиванием) обрабатывают абразивной шкуркой, которая крепится на вращающем барабане.
Алмазным барабаном обрабатывать намного выгоднее, так как он заменяет почти две тысячи шлифовальных шкурок. Сильно повышается производительность труда, полностью устраняется запыленность рабочих помещений.
Синтетические алмазы играют значительную роль в увеличении выпуска оборудования для бумажной, легкой, пищевой и мясо-молочной отраслей, которые выпускают товары народного потребления. Для притирки деталей в аппаратах и машинах при ремонте различного оборудования.

заточка инъекционных игл, скальпелей и микротомных ножей.
На предприятиях, которые выпускают фарфоровую и стеклянную посуду, также используют синтетические алмазы для шлифования краев изделий, что заметно снижает брак.
Алмазное шлифование экранов кинескопов телевизоров повышает производительность обработки в 2–2,5 раза при улучшении качества изделий.
Синтетические алмазы используются для изготовления абразивных кругов, которые используются при заточке и доводке твердосплавного металлорежущего инструмента. Резку полупроводниковых материалов проводят дисками из синтетических алмазов.
На основе синтетических алмазов организовано производство алмазных паст. Пасты выпускаются с повышенным и нормальным содержанием алмазного порошка, твердой и мазеобразной консистенции, которые смываются водой и органическими растворителями.
Алмазные пасты нашли широкое применение в обработке металлических и неметаллических поверхностей различных деталей. Алмазные пасты окрашиваются в различные цвета, выпускаются расфасованными в тубы или шприцы по 5, 10, 20, 40, 80 г.
Алмазные пасты из синтетических и натуральных алмазов применяются для доводочных операций, для особо точного изготовления деталей с высоким требованием к чистоте поверхности.

алмазов сначала в Швеции в 1953 г., затем в СССР и США – в 1956 г. Технология производства искусственных алмазов довольно сложна, поэтому полученные искусственным путем ювелирные алмазы значительно дороже природных.
С помощью метода химического синтеза для получения абразивных порошков ежегодно производится до 40 т дешевых мелкокристаллических алмазов.

Применяя различные режимы синтеза, можно получать алмазы разных цветов

награду, бесспорно, получил бы корунд. Этот минерал имеет огромное количество разновидностей, некоторые из которых нам очень хорошо знакомы.

Мооса.
Благодаря этому, например, он находит применение в качестве подшипников для движущихся частей в высокоточных приборах.
Обыкновенный корунд — непрозрачный, крупно- или мелкозернистый, сероватого цвета. Иногда в крупных непрозрачных кристаллах. Благодаря высокой твердости, используют как абразивный материал, из-за высокой температуры плавления используется как огнеупорный материал, а также при изготовлении эмалей.
Огнеупорные материалы (огнеупоры) — это материалы, применяемые при высоких температурах. Применяются для проведения металлургических процессов (плавка, отжиг, обжиг), конструирования печей, высокотемпературных агрегатов (реакторы, двигатели)

Непрозрачный корунд и его загрязненные разновидности известны нам как наждак. Эта каменная крошка обычно применяются для точки и полировки более мягких камней, изделий из металлов и дерева. Тусклый, почти непрозрачный корунд из Индии, будучи измельченным для получения шлифовального материала, также известен под названием «алмазный шпат».

тысячелетия до н.э.) говорится, что капли крови борющихся в небе богов, падая на песок священного Ганга, превращались в рубины и гранаты.

цвету (от лат. rubeus-красный).

Красный цвет ювелирного рубина обусловлен присутствием в его составе окиси хрома (Cr2O3 (4%)). Также в незначительном количестве в состав рубина могут входить окиси железа, кремния, ванадия и т.д. В зависимости от качества и количества примесей входящих в состав ювелирного рубина, его цвет варьирует от розового до огненно-красного. Присутствие окисей железа может вызвать у рубина появление коричневых оттенков.

том, какую практическую пользу он может принести. Мало для кого остается сегодня секретом, что порой на запястье мы носим целую коллекцию рубинов. В одном часовом механизме их может быть до шестнадцати штук. Правда, сейчас, в связи с развитием техники, потребность в таком количестве камней постепенно отпадает. Однако мастера, предпочитающие своими руками создавать совершенные механизмы, никогда не забывают о чудесных свойствах этих минералов.

механизма укрепляются на подшипниках, и если эти подшипники были бы сделаны из другого, менее прочного материала, чем рубин, то они очень быстро бы изнашивались, и механизм выходил бы из строя. Раньше было принято делать на часах такие пометки как «шестнадцать камней». Увидев такую надпись на своих часах, вы можете быть уверены, что являетесь обладателем сразу шестнадцати рубинов! Но не стоит в этот момент представлять себе несметные богатства.

Эти самоцветы крошечные, не больше миллиметра в диаметре, да и качество их, как ювелирных камней, оставляет желать лучшего. Но чем больше рубинов в часах, тем точнее они ходят и дольше служат. В виде все тех же вечных подшипников рубины используются еще и в других, более сложных механизмах.

изнашивающиеся опорные камни для часов, иглы, их используют в лазерах.
Рубины выдерживают нагрев до очень высокой температуры, если в нем отсутствуют трещины и дефекты выходящие наружу.

лазера - рубиновый стержень . Торцы его строго параллельны друг другу. Работает в импульсном режиме на длине волны 694 мм (темно-вишневый свет), мощность излучения может достигать в импульсе 106–109 Вт.

добавкой хрома.

На схеме обозначены: 1. Рабочая среда 2. Энергия накачки лазера 3. Непрозрачное зеркало 4. Полупрозрачное зеркало 5. Лазерный луч

Лазеры нашли широкое применение в промышленности для различных видов обработки материалов:
сверление отверстий
сварки тонких изделий.
Основная область применения маломощных импульсных лазеров с микроэлектроникой:
в электровакуумной промышленности
машиностроении
медицине.

цвета, так же как и рубин является разновидностью корунда. Свое название сапфир получил от лат. sapphirius, что означает синий.

часовые «камни» (подпятники и опоры трения). Их твердость не меньше, чем у рубинов, однако, в отличие от рубинов, сапфиры обладают идеальной прозрачностью и большой площадью самого кристалла. Поэтому из сапфира люди научились изготавливать сверхпрочное стекло, которое принято называть сапфирным стеклом. Если им покрыть циферблат часов, то за сколько угодно лет и при практически любой эксплуатации на нем не появится ни единой царапины.

Лезвия скальпелей для офтальмологических операций обычно изготавливают из лейкосапфира или керамики, стеллитов с толстым алмазным покрытием.

Сапфирное стекло

Например, оно стало очень популярно в создании мобильных телефонов класса Premium, таких, как «Vertu». В некоторых моделях, заявленных как особенно прочные и долговечнее аппараты, экран покрыт сапфирным стеклом толщиной в 4 миллиметра! Такому покрытию не страшны никакие удары, даже если бить им со всей силы о бетонную стену.
В этих же телефонах для идеальной точности нажатия на кнопки используются высокоточные и долговечные рубины.

Часы Romanson TL 1107 S Sapphire

на основе сапфировых подложек 2-6 дюйма. Рынок светодиодов огромный - лампы всех видов, телевизоры, ноутбуки, мобильные телефоны, рекламные панели и многое другое. Применение сапфира в светодиодах является драйвером для рынка сапфира.

Сапфировые подложки имеют самую высокую эффективность. Сапфировые подложки используются для эпитаксии полупроводниковых пленок и изготовления интегральных схем. Важные достоинства сапфировой подложки- способность работы при высоких температурах и механических нагрузках, наличие больших диаметров.

Сапфиры для микроэлектроники

Сапфировая подложка

смотровые окна размером от несколько миллиметров до несколько сотен миллиметров работающие на земле, под водой и в космосе; линзы и призмы; световоды для широкого спектра при любых температурах; фокусирующие конусы; высокотемпературные термопарные чехлы; оболочки специальных ламп; защитные колпаки навигационных устройств и многое другое.

Применение сапфира в медицине - это имплантология, хирургия и медицинское приборостроение.
Сапфир можно вставлять в ткани тела, так как они не вступают в реакцию органическими кислотами и тканями, инертностью и биосовместимостью сапфир превосходит все известные конструкционные материалы

Сапфиры для оптики

Сапфиры для медтехники

хризоберилла. Названа в честь будущего императора Александра II, в день рождения которого в 1830 г. она была открыта. Привлекательность александрита заключается в его особых оптических свойствах: он зеленый или даже изумрудно-зеленый при дневном свете и красный или фиолетово- красный при искусственном и вечернем освещении. Особенно заметна разница цветов в крупных камнях. Это свойство камня называют александритовым эффектом, который у различных образцов может быть выражен как слабо, так и достаточно сильно.

удельный вес (легче алюминия);
задерживает радио - излучение, как мягкое (альфа, бета), так и жёсткое (гамма) излучение;
не пропускает космические лучи;
Это обеспечивает его применение в ракетостроительной технике (готовки баллистических ракет), атомной энергетике (бериллиевые бронзы), атомные реакторы (экраны в реакторах) подводных лодок.

– в производстве лазеров с плавным изменением длин волн излучения в диапазонах 700–815 нм. Они могут использоваться для спектроскопии, отжига полупроводников, дальномерах, при обработке твердых материалов, в медицине. Особенно широкое применение александритовые лазеры нашли в медицинской косметологии и микрохирургии глаза.

Применение александрита

называем природными богатствами. Что-то из этого оставляет его равнодушным, а что-то прочно проникает в жизнь и служит верой и правдой. Одни из материалов люди научились искусно получать своими силами, а какие-то так и не поддались науке.
Но наука не стоит на месте и может быть в скором времени появятся материалы с ещё лучшими характеристиками, чем у драгоценных камней. А пока этого не произошло, на службе у человека будут и алмаз, и рубин, и сапфир и многие другие драгоценные и полудрагоценные камни, о свойствах и применении которых я хочу узнать и это будет темой моего следующего исследования.

Выводы

примером твердости духа, а красота, что подвластна им же, стала для нас примером красоты помыслов и действий. Пусть каждый из нас будет способен быть стойким и нежным, сильным и прекрасным одновременно.

– 2007 - № 1.
Пыляев М.И. Драгоценные камни. М., Стрелец, 1990.
Пыляев М.И. Драгоценные камни, их свойства, местонахождения и употребление. СПб., Минералогическое Общество, 1877.
Петров В.П. Рассказы о драгоценных камнях. М., Наука, 1985.
Рид П. Геммология. М., Мир, 2003.
Рожков Н.С. Морозов А.П. Алмазы на службе у человека. М., Недра, 1967.
Скиннер Б. Хватит ли человеку земных ресурсов? М., Мир, 1989.
Ферсман А. Рассказы о самоцветах. М., Наука, 1974.
Энциклопедия для детей: т 4 (Геология) М., Аванта +, 1995.
http://www.ake-rus.ru/almazniy-instrument/
http://lib.rus.ec/b/193436/read
http://www.museion.ru/1.3/almaz.html
http://uvelir.info/articles/31214/
http://www.google.ru/search?q=%D0%BD%D0%B0%D0%B6%D0%B4%D0%B0%D0%BA&hl=ru&newwindow=1&client=opera&hs=fg6&rls=ru&channel=sugge