Человек живет на Земле - твердой поверхности и использует для своих потребностей твердые тела, например в качестве конструкционных материалов в строительных сооружениях. Изучением строения и свойств твердых тел занимается физика твердого тела.

Одно из ведущих направлений еёисследований является – получение материалов с заданными свойствами: механическими, магнитными, электрическими и другими.

Все твёрдые тела делятся на две широко распространённые группы: кристаллические и аморфные.

Тела, атомы или молекулы которых занимают определённые, упорядоченные положения в пространстве, называют кристаллическими.

Они характеризуются твердостью, наличием плоских граней, симметрией. Это объясняется тем, что в расположении молекул существует как ближний, так и дальний порядок. Молекулы, ионы или атомы имеют строго закономерное положение в пространстве.

Например, крупинка поваренной соли имеет плоские грани, составляющие друг с другом прямые углы, а в снежинке явно отражается геометрическая правильность внутреннего строения.

Кристаллы нашли применение во многих приборах и устройствах, с которыми мы сталкиваемся каждый день: в компьютерах и мобильных телефонах, аудио- и видеотехнике и многом другом.

Без кристаллов не могут работать многие сложные современные устройства для обработки, передачи и хранения информации.

Действие современных оптических квантовых генераторов – лазеров – основано на использовании свойств монокристаллов (рубина и др.).

Великолепие кристаллов издревле вдохновляет людей на создание красивейших ювелирных украшений и декоративных изделий.

В мире кристаллов существуют монокристаллы – это одиночные кристаллы. Примерами огранённых природных монокристаллов могут служить монокристаллы кварца, каменной соли, исландского шпата, алмаза.

Их физические свойства:

1) правильная форма,

2) постоянная температура плавления,

3) анизотропия.

Анизотропия – это зависимость физических свойств от выбранного в кристалле направления. Все монокристаллы анизотропны.

В зависимости от направления они обладают разной упругостью и разными свойствами:

механическими, тепловыми, оптическими и т.д.

Например, ярко выраженной анизотропией механических и тепловых свойств обладает асбест.

В его монокристаллах имеется всего одно направление повышенной прочности. Поэтому асбест легко расчленяется на нити. Из асбестовых нитей изготавливают несгораемые веревочные пожарные лестницы, несгораемые ткани, из которых шьют спецодежду для работы в горячих цехах.

Можно привести и другие примеры, кусок слюды легко расслаивается на пластинки только в одном направлении, а в направлении перпендикулярном пластинкам, её разломить труднее.

Так же легко расслаивается в одном направлении кристалл графита. Когда мы пишем карандашом, такое расслоение происходит непрерывно и тонкие слои графита остаются на бумаге.

Если грань кристалла, на пример кварца, покрыть тонким слоем парафина и прикоснуться к нему раскаленной иглой, то парафин начнет плавиться. Расплавленный парафин приобретет форму не круга, а эллипса, что указывает на различие теплопроводности кварца по разным направлениям.

От направления зависят и оптические свойства монокристаллов.

Так, проходя через монокристалл исландского шпата, луч света раздваивается, т.е. наблюдается двойное лучепреломление.

Наряду с монокристаллами существуют поликристаллы, твёрдые тела, состоящие из многочисленных сросшихся монокристалликов.

Многие материалы естественного и искусственного происхождения (минералы, металлы, сплавы, керамика и т.д.) являются поликристаллами.

Их физические свойства:

– постоянная температура плавления;

– изотропия (независимость свойств от направления внутри поликристалла).

Т.е. какое бы направление мы не взяли, всефизические свойства в поликристалле одинаковы!