Учебно-методический комплекс по курсу «Методика преподавания физики» для студентов 3 курса

Физика твердого тела. Прогресс в компьютеростроении целиком базируется на достижениях физики твердого тела. Важное направление исследований – изучение явлений туннельного эффекта и сверхпроводимости. Туннельный эффект – явление из области квантовой физики, которое заключается в способности элементарных частиц проникать сквозь барьер, который классическая частица не может пройти в принципе. На основе туннельного эффекта созданы специальные приборы – туннельные микроскопы, которые позволяют наблюдать отдельные атомы. Сверхпроводимость – особое состояние некоторых веществ, открытое достаточно давно. Оно заключается в том, что при температурах порядка 5~200 К электрическое сопротивление совершенно исчезает. Ток может циркулировать в таком проводнике годами. В настоящее время синтезированы материалы, в которых сверхпроводимость возникает при температурах 100~1500 К. Такие материалы могут широко использоваться в науке и технике.

2. 
   Связь нанотехнологии с учебными предметами и ее роль в преподавании физики.
   

Нанотехнологии сегодня можно назвать одним из этапов и одновременно направлений развития техники. Техника – это совокупность средств труда и производства, а также, приёмов, служащих для создания материальных ценностей.

На современном этапе скорость развития техники настолько велика, что трудно предсказать направление ее развития, а так же и то, во благо или во зло будут использованы новые и новые технические изобретения. А одним из новых направлений совершенствования техники является развитие нанотехнологий.
Нанотехнология – это особая область на основе синтеза знаний фундаментальной и прикладной науки и техники, которая представляет собой совокупность методов производства и использования продуктов с заданной атомной и молекулярной структурой через контролируемое манипулирование отдельными частицами – атомами и молекулами.
Нанотехнологии сегодня используются в медицине, строительстве, промышленном производстве, а сама область исследования нанотехнологий – одна из наиболее интенсивно развивающихся на современном этапе.
Впервые термин «нанотехнология» употребил Норио Танигути в 1974 году, обозначив так производство изделий, размеры которых сопоставимы с нанометром. Один нанометр – одна миллиардная часть метра (приставка «нано» – 10^-9). Первым ученым, который проводил измерения в таких единицах, был Альберт Эйнштейн, доказавший, что размер крупицы сахара равен одному нанометру.
Эрик К. Дрекслер в 1980-х годах называл нанотехнологиями новую область прикладной и теоретической науки. На современном этапе нанотехнологии получают практическое развитие и применение в различных областях.
Одним из ключевых направлений в развитии нанотехеологий выступает создание и получение продукции с совершенно новыми свойствами – наноматериалов и ее применение.
Наноматериалы представляют собой материалы, созданные на основе или с использованием наночастиц или/и путем применения нанотехнологий, обладающие уникальными свойствами за счет присутствия этих частиц. К наноматериалам относятся объекты, размеры которых в интервале от 1 до 100 нм. К наиболее популярным объектам исследования в области нанотехнологий относят наночастицы, нановолокна, нанопорошки, нанопленки.
Наночастицы – общий термин для обозначения ультрадисперсных изолированных объектов, обозначающий частицы вещества, размерами до 1 нанометра.
Часто наночастициы образуют скопления, выстроенные по определенной схеме. Наиболее характерным примером являются фуллерены – структурированные соединения углерода. В молекулах фуллеренов атомы углерода располагаются в вершинах шести- и пятиугольников, из которых состоит поверхность шара или эллипсоида. Наиболее полно изученный представитель семейства фуллеренов – фуллерен C₆₀, в котором углеродные атомы образуют усечённый икосаэдр, напоминающий футбольный мяч.
На основе фуллеренов синтезируются углеродные нанотрубки. Углеродная нанотрубка – это аллотропная модификация атомов углерода, в виде пустой цилиндрической структуры диаметром от десятых до нескольких десятков нанометров и длиной от микрометра до нескольких сантиметров. Углеродные нанотрубки применимы в разных областях – в технике, в качестве прочных материалов, сверхпроводников тока, основы кабелей, в медицине – в качестве искусственных мышц и нервов, в информационной технике – как компоненты компьютерных матриц и т.д.

Основными направлениями в развитии нанотехнологий являются:

• 
  получение прочных и легких материалов, которые используют в технике, биотехнологии, медицине, охране окружающей среды, космосе;
  
• 
  создание датчиков и индикаторов на производстве;
  
• 
  создание лекарственных препаратов и новых средств их доставки в организм;
  
• 
  формирование новых средств и методов исследований и мониторинга в разных областях;
  
• 
  разработка методов очистки окружающей среды – воды, воздуха, почв и т.д.;
  
• 
  разработка миниатюрных космических аппаратов для запуска и глубокого изучения космоса.
  

В области нанохимии из реагентов, созданных на основе упорядоченных наночастиц, создают различные композитные и сенсорные материалы, твёрдые электролиты.

2.