Новые научные направления в физике и их прикладное исследование

Еще одно преимущество реакций в высокотемпературной плазмеих крайне малая продолжительность. Следовательно, разработка и совершенствование способов получения и поддержания плазмы является одной из актуальнейших задач современной физики.

5 Физика твердого тела В заключение рассмотрим еще два направления — физику конструционных наноматериалов и физику сверхпроводников, являющуюся подразделом физики твердого тела.

Применение современных конструкционных материалов зачастую ограничено тем, что с увеличением прочности происходит снижение пластичности. Согласно данным по нанокомпозитам, полученным в течение последних десятилетий, уменьшение структурных элементов и более глубокое изучение деформационных процессов в наноструктурных материалах, способны привести к созданию принципиально новых типов материалов, сочетающих высокие пластичность и прочность.

Анализ отечественных и зарубежных исследований, проведенных в последние годы говорит высокой перспективности следующих основных направлений в области разработки конструкционных материалов: изготовление наноструктурных керамических и композиционных изделий точной формы, создание наноструктурных твердых сплавов для производства режущих инструментов с повышенной износостойкостью и ударной вязкостью, создание наноструктурных защитных коррозионнои термостойких покрытий, создание обладающих повышенной прочностью и низкой воспламеняемостью полимерных композитов с наполнителями из наночастиц и нанотрубок. Экспериментально было подтверждено, что плотная наноструктурная керамика имеет повышенную пластичность при сравнительно невысоких температурах. Увеличение пластичности при уменьшении размера частиц является следствием сдвигового перемещения нанокристаллических зерен друг относительно друга, возникающего при наложении нагрузки. Отсутствие нарушений межзеренной связи при этом объясняется эффективным диффузионным переносом атомов в приповерхностном слое наночастиц.

Сверхпроводимостью называется свойство некоторых (обычно керамических) материалов обладать практически нулевым электрическим сопротивлением при достижении ими температуры ниже определенных значений (критической температуры). На сегодняшний день известно несколько десятков чистых элементов, керамик и сплавов, переходящих в сверхпроводящее состояние. Сверхпроводимость материала — квантовое явление, характеризующееся эффектом Мейснера (полное вытеснение магнитного поля из объема сверхпроводника при критической температуре за счет притяжение электронов и образования куперовских пар электронов).

В 1986—1993 гг. был открыт ряд высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) далеко отодвинувших температурную границу сверхпроводимости и позволивших использовать сверхпроводники не только при температуре кипения жидкого гелия (4,2 К), но и при температуре кипения более дешевой криогенной жидкостижидкого азота (77 К).

Целью современных исследователей является объяснение механизма высокотемпературной сверхпроводимости и создание материалов с комнатной температурой перехода. При создании промышленных образцов для прикладного использования, материал должен обладать высокой температурой перехода (для использования в бытовых приборах), высокой плотностью тока, при которой сохраняются сверхпроводящие свойства материала (большинство современных сверхпроводников теряет свои свойства при пропускании через них тока высокой плотности) и малой хрупкостью (керамические материалы недостаточно прочны).

Наиболее широкое реальное применение сверхпроводимость находит при создании крупных электромагнитных систем. Сверхпроводящие катушки также применяются в крупных ускорителях элементарных частиц. В последние годы данное явление все шире используется при разработке электродвигателей, турбогенераторов, топологических генераторов, жестких и гибких кабелей, коммутационных и токоограничивающих устройств, магнитных сепараторов, транспортных систем и других изделий.

Заключение

Фундаментальность физики как науки проявляется в наличии принципов и фундаментальных законов. С их помощью строятся новые теории на основе неких идеализированных моделей, на основе которых можно предсказывать поведение реальных систем в микро-, макрои мегамире. Однако, несмотря на неоспоримую важность фундаментальной составляющей, в основном физика является прикладной наукой, ориентированной на определенный результат, практически значимый для людей. Фундаментальная наука соотносится с прикладной экспериментальной через потребность в разработке новой технологической базы и предоставлении новых объектов для теоретического исследования.

Так, рассмотренный в работе раздел физики: физика элементарных частиц является наукой, прикладное значение который в наше время еще недостаточно заметно (хотя бесспорно, фундаментальные исследования, проводящиеся в данной области, имеют очень высокий потенциал).

В то же время, исследования, проведенные в рамках таких направлений современной физики, как нанофизика, квантовая электроника, физика плазмы и физика сверхпроводников уже нашли практическое применение. В частности, воплотившись в разнообразном промышленном и исследовательском оборудовании, и во множестве бытовых приборов, без которых уже не представляется жизнь современного человека.

Как уже было сказано в работе, экспериментальные исследования в рамках большинства направлений современной физики чрезвычайно сложны, трудоемки и требуют значительных вычислительных мощностей. Для решения поставленный перед современной физикой задач и проведения необходимых расчетов используется компьютерное моделирование объектов исследования. Поэтому с развитием электроники (являющейся разделом физики) и, как следствие, компьютерной техники, скорость технического прогресса будет стремительно увеличиваться.

Список литературы

Исаев П. С. Некоторые проблемы физики элементарных частиц в области высоких энергий. // Философия науки. Вып. 7. Формирование современной естественнонаучной парадигмы М.: ИФРАН, 2001. — 270с.

Курчатовский институт. Фундаментальные и прикладные научные исследования [Электронный ресурс]. Режим доступа:

http://www.kiae.ru/pages/main/5354/5916/index.shtml — Загл. с экрана.

С. В. Троицкий Нерешенные проблемы физики элементарных частиц // УФН., Т. 182. — М., 2012.— С. 77—103.

Гречихин Л. И. Физика наночастиц и нанотехнологий. Общие основы, механические, тепловые и эмиссионные свойства. М.: Право и экономика, 2008. — 408 с.

Суздалев И. П. Нанотехнология: физикохимия нанокластеров, наноструктур и наноматериалов. М.: Ком

Книга, 2006. — 592 с.

Достижения и задачи современной физики [Электронный ресурс]. Режим доступа:

http://rsa.iso.karelia.ru/physics/modern_phys/modern.htm — Загл. с экрана.

Орлов В.А., Дорожкин С. В. Плазма-четвертое состояние вещества. М., 2005. — 143 с.

Исаев П. С. Некоторые проблемы физики элементарных частиц в области высоких энергий. // Философия науки.

Вып. 7. Формирование современной естественнонаучной парадигмы М.: ИФРАН, 2001. С.

196−206.

Курчатовский институт. Фундаментальные и прикладные научные исследования [Электронный ресурс]. Режим доступа:

http://www.kiae.ru/pages/main/5354/5916/index.shtml — Загл. с экрана.

С. В. Троицкий Нерешенные проблемы физики элементарных частиц // УФН., Т. 182. — М., 2012.— С. 77—103.

Гречихин Л. И. Физика наночастиц и нанотехнологий. Общие основы, механические, тепловые и эмиссионные свойства. М.: Право и экономика, 2008.

Суздалев И. П. Нанотехнология: физикохимия нанокластеров, наноструктур и наноматериалов. М.: Ком

Книга, 2006.

Гречихин Л. И. Физика наночастиц и нанотехнологий. Общие основы, механические, тепловые и эмиссионные свойства. М.: Право и экономика, 2008. — С. 47−52.

Достижения и задачи современной физики [Электронный ресурс]. Режим доступа:

http://rsa.iso.karelia.ru/physics/modern_phys/modern.htm — Загл. с экрана.

Орлов В.А., Дорожкин С. В. Плазма-четвертое состояние вещества. М., 2005. — С.

10.

Курчатовский институт. Фундаментальные и прикладные научные исследования [Электронный ресурс]. Режим доступа:

http://www.kiae.ru/pages/main/5354/5916/index.shtml — Загл. с экрана.

Гречихин Л. И. Физика наночастиц и нанотехнологий. Общие основы, механические, тепловые и эмиссионные свойства. М.: Право и экономика, 2008. — С.9 — 15.

Достижения и задачи современной физики [Электронный ресурс]. Режим доступа:

http://rsa.iso.karelia.ru/physics/modern_phys/modern.htm — Загл. с экрана.