Ciekłe kryształy

"Z A T W I E R D Z A M"
Załącznik Nr 4
do decyzji Nr 52/PRK/2011
z dnia 16 grudnia 2011r.
Dziekan Wydziału Nowych Technologii i Chemii
prof. WAT dr hab. inż. Stanisław Cudziło
Warszawa, dnia ..........................
SYLABUS PRZEDMIOTU
NAZWA PRZEDMIOTU: Ciekłe kryształy
Wersja anglojęzyczna: Liquid Crystals
Kod przedmiotu: WTCFXCSI-Ck.
Podstawowa jednostka organizacyjna (PJO): WTC / Instytut Fizyki Technicznej / Zakład Fizyki i Technologii Kryształów
Kierunek studiów: Fizyka techniczna
Specjalność: wszystkie specjalności
Poziom studiów: Studia pierwszego stopnia
Forma studiów: Studia stacjonarne
Język prowadzenia: polski
Sylabus ważny dla naborów od roku akademickiego 2012/2013
1. REALIZACJA PRZEDMIOTU
Osoba(-y) prowadząca(-e) zajęcia : prof. dr hab. inż. Zbigniew RASZEWSKI
PJO/instytut/katedra/zakład WTC/ IFT/ZFiTK
2. ROZLICZENIE GODZINOWE
forma zajęć, liczba godzin/rygor
(x egzamin, + zaliczenie, # projekt)
semestr
razem
wykłady
ćwiczenia
laboratoria
projekt
punkty
ECTS
seminarium
30+
V
46
2
-
-
-
16+
razem
46
30+
-
16+
1
-
-
3
3. PRZEDMIOTY WPROWADZAJĄCE WRAZ Z WYMAGANIAMI WSTĘPNYMI

Matematyka. Wymagania wstępne: umie posługiwać się rachunkiem wektorowym, tensorowym,
macierzowym, oraz rachunkiem różniczkowym i całkowym funkcji wielu zmiennych.

Fizyka, . Wymagania wstępne: zna podstawowe prawa fizyki dla pola elektrycznego, magnetycznego, podstawy teorii drgań, ruchu falowego oraz optyki.

Chemia ogólna i fizyczna. Wymagania wstępne: umie posługiwać się wzorami sumarycznymi i
strukturalnymi cząsteczek chemicznych, zna pojęcia faz skupienia oraz dwa rodzaje przemian fazowych.

Podstawy fizyki ciała stałego. Wymagania wstępne: zna pojęcia idealnej i realnej sieci krystalicznej (podstawowe defekty kryształów).

Mechanika techniczna z wytrzymałością materiałów. Wymagania wstępne: zna podstawowe pojęcia z wytrzymałości materiałów (odkształcenie, naprężenie, moduł Younga).
4. ZAKŁADANE EFEKTY KSZTAŁCENIA
odniesienie do efektów kształcenia dla
kierunku
Efekty kształcenia
Symbol
W1
Zna podstawowe właściwości fizyczne ciekłych kryształów.
K_W03, K_W04,
K_W13, K_W15,
K_W16, K_W17,
K_W21, K_W23
W2
Zna podstawowe metody porządkowania struktur ciekłokrystalicznych.
K_W03, K_W04,
K_W13, K_W15,
K_W16, K_W17,
K_W21, K_W23
W3
Ma podstawową wiedzę na temat wybranych metod pomiaru właściwości
fizycznych ciekłych kryształów i struktur ciekłokrystalicznych.
K_W03, K_W04,
K_W13, K_W15,
K_W16, K_W17,
K_W21, K_W23
U1
Umie pozyskać informacje o ciekłych kryształach z literatury i innych źródeł.
K_U01, K_U02.
U2
Umie opisać matematycznie podstawowe właściwości fizyczne ciekłych
kryształów.
K_U03, K_W15,
K_W19.
U3
Potrafi przygotować prezentację ustną z zakresu ciekłych kryształów.
K_U04, K_U05.
K1
Rozumie potrzebę ciągłego uczenia się a także potrafi inspirować innych.
K_K01, K_K02,
K_K04, K_K09
5. METODY DYDAKTYCZNE
Konwencjonalny wykład - głównie w formie audiowizualnej (ilustrowany przeźroczami, pokazami i symulacjami komputerowymi) mający na celu zapoznanie studentów z podstawowymi
pojęciami fizyki i technologii ciekłych kryształów, (umożliwiających min. obserwację i zrozumienie działania wszechobecnych w życiu inżyniera wyświetlaczy ciekłokrystalicznych).
Ćwiczenia laboratoryjne służące do zapoznania studentów z : ważniejszymi przyrządami i
układami pomiarowymi, podstawowymi metodykami pomiarowymi wielkości fizycznych ciekłych kryształów oraz dyskusji błędów mierzonych wielkości. Ćwiczenie laboratoryjne będą
głównie ukierunkowano na wykonanie obserwacji i dokonanie interpretacji fizyki badanego
efektu,
Zarówno wykład jak i ćwiczenia laboratoryjne będą prowadzone metodami aktywizującymi
studentów rozwijając u nich umiejętność dyskusji na tematy prowadzonych zajęć.
6. TREŚCI PROGRAMOWE
lp
temat/tematyka zajęć
1.
Podstawowe wiadomości o ciekłych kryształach. Rys
historyczny. Podstawowe kryteria klasyfikacji ck. Ck
termotropowe i lipotropowe. Polimery ciekłokrystaliczne. Ck nematyczne i smektyczne. Smektyki cieczowe
i krystaliczne. Ortogonalne i skośne fazy smektyczne.
2.
Identyfikacja faz ciekłokrystalicznych.
3.
Podstawowe wiadomości o geometrii i strukturze elektronowej molekuł ck. Kształty: pręto-, dysko-, listwo-,
banano- V- podobne. Lokalny układ kartezjanski (O, ξ,
η, ζ) związany z elipsoida bezwładności molekuły.
Elipsoida polaryzowalności elektronowej molekuły.
liczba godzin
wykł.
ćwicz.
lab.
4
4
4
proj.
semin.
4.
(Polaryzowalność poprzeczna αt i podłużna αl). Moment dipolowy molekuły w układzie (O, ξ, η, ζ). Kąt
między wektorem momentu dipolowego a długą osią
molekuły
Podstawowe teorie stanu ciekłokrystalicznego.
Teoria sztywnych cząsteczek – minimum entropii
upakowania. Teorie pola molekularnego - minimum
potencjału oddziaływania. Direktor n ośrodka ck. Parametry uporządkowania (Parametr S). Struktura (planarna) HomoGeniczna (HG), HomeoTropowa (HT)
oraz Twistowa (TN) nematyka.
4
5.
Uporządkowanie nematyka na różnych podłożach.
Struktury HG, HT i TN nematyka.
6.
Właściwości optyczne ck. Nematyk jako ośrodek
dwójłomny. Zwyczajny no i nadzwyczajny ne współczynnik załamania światła. Anizotropia optyczna Δn
nematyka i ortogonalnego smektyka SmA. Wzory
Maiera-Saupe-Neugebauera oraz Lorentza-Lorenza
wiążące polaryzowalności elektronowe (αt, αl) molekuły oraz sposób uporządkowania molekuł ck w nematyku (parametr S) z jego właściwościami optycznymi (no
i ne).
Pomiar (nadzwyczajnego ne i zwyczajnego no) współczynników załamania światła tematyka.
Właściwości dielektryczne ck. Tensor ε statycznej
przenikalności elektrycznej ck. Wzory
W. Maiera i G. Meiera wiążące składowe równoległą
i prostopadłą
tensora przenikalności elektrycznej
ε z parametrami molekularnymi molekuły (αt, αl, , )
oraz sposób uporządkowania molekuł ck w nematyku
(parametr S) z jego właściwościami dielektrycznymi.
Pomiar składowej równoległej i prostopadłej
tensora przenikalności elektrycznej ε tematyka.
Podatność diamagnetycznej ck. Lepkość ck. Oddziaływanie nematyka z zewnętrznymi polami: elektrycznym E i magnetycznym H.
4
11.
Typy deformacji: „sply” - zwichrzanie, „bend” – zginanie podłużne, „twist” – skręcanie. Stałe sprężystości
K11, K22 i K33 Franka. Ograniczenie nematyka. Potencjał (Rapiniego-Papulara) oddziaływania ck (tematyka) z powierzchnią.
3
12.
Równanie ruchu direktora w ograniczonej warstwy ck
umieszczonej w zewnętrznym polu elektrycznym.
Czasy włączenia ON i wyłączenia OFF komórki HG.
2
13.
Podstawowe efekty elektrooptyczne w nematyku.
Efekt rozpraszania dynamicznego. Efekt ECB (Electrically Controlled Birefringence). Efekt TN (Twisted
Nematic), Efekt STN (Super Twisted Nematic).
Razem
3
7.
8.
9.
10.
4
4
4
4
2
30
-
10
-
-
7. LITERATURA
podstawowa:
R. Dąbrowski, J. Zmija, „Ciekłe kryształy” cz. I Chemia i Struktura, skrypt WAT 1984,
G. Derfel, Podstawy fizyki i zastosowań ciekłych kryształów, skrypt PŁ 2006,
P.Oswad , P. Pierański, „Nematic and Cholesteric Liquid Crystals”,
Tayloy & Francis, Londyn 2005,
P. J. Collings, J. S. Patel, “Handbook of Liquid Crystal Reearch”,
Oxford University Press, Oxford 1997.
uzupełniająca:

Z. Raszewski, J. Zieliński, T. Kostrzyński; Wersja elektroniczna skryptu „Wybrane zagadnienia z
fizyki”, (http://www.wtc.wat.edu.pl/ift/dydaktyka.html

A. Rogalski. Podstawy fizyki dla elektroników, skrypt WAT 2002,

M. Demianiuk Fizyka dla inżynierów, skrypt WAT Cz.3, 2004.

F. Ratajczak, Optyka ośrodków anizotropowych., PWN, Warszawa, 1994.

M. Born, E. Wolf; Principles of optics, Pergamon Press, Oxford, 1968

Praca zbiorowa, Encyklopedia fizyki współczesnej. PWN Warszawa, 1983.
8. SPOSOBY WERYFIKACJI ZAKŁADANYCH EFEKTÓW KSZTAŁCENIA
Warunkiem koniecznym uzyskania oceny pozytywnej z przedmiotu jest wykazanie się wiedzą oraz
umiejętnościami wymienionymi w Efektach kształcenia (Tab.4)
Sposób weryfikacji zakładanych efektów kształcenia:
Efekt W1,W2 – 2(jednogodzinnych) kolokwiów pisemnych – przeprowadzanych na wykładach ,
Efekt W3,U1,U2,U3 –4 kolokwiów ustnych – przeprowadzanych podczas wykonywania ćwiczeń
laboratoryjnych
Efekt U1,U2,U3, K1 –dyskusji na wykładzie i ćwiczeniach laboratoryjnych
Efekt W2,U1,U2,U3 –ustnego zaliczenia końcowego
Zaliczenie ćwiczeń laboratoryjnych (na ocenę z wpisem do indeksu) – ocena średnia z zaliczenia teorii ćwiczeń laboratoryjnych oraz zaliczenia sprawozdań z ich wykonania.
Zaliczenie przedmiotu np. wyników 2 (jednogodzinnych) kolokwiów pisemnych i ustnego zaliczenia końcowego. (Zaliczenie na ocenę z wpisem do indeksu) Wpis do indeksu z zaliczenia przedmiotu zostanie dokonany pod warunkiem pozytywnego zaliczenia ćwiczeń laboratorium.
.
autor sylabusa
kierownik jednostki organizacyjnej
odpowiedzialnej za przedmiot
................................
................................
Prof. dr hab. inż. Zbigniew Raszewski
Prof. dr hab. inż., Leszek R., JAROSZEWICZ