1. Fizikalni eksperimenti 2 : zbirka laboratorijskih vajRobert Repnik, Mitja Slavinec, Eva Klemenčič, 2022, delovni zvezek za višje in visoke šole Opis: Fizikalni eksperimenti 2 – zbirka laboratorijskih vaj je namenjena študentom 2. letnika študijskega programa Fizika in študijskega programa Predmetni učitelj, usmeritev Izobraževalna fizika, na Fakulteti za naravoslovje in matematiko v Mariboru. Laboratorijske vaje se izvajajo pri predmetu Fizikalni eksperimenti 2 in obravnavajo področje elektromagnetizma in termodinamike. Zbirka je razdeljena na tri poglavja. V prvem poglavju so predstavljene obvezne, v drugem delu pa izbirne laboratorijske vaje, pri katerih gre za vsebinsko ali izvedbeno nadgradnjo. Tretje poglavje je namenjeno osnovam priprave in analize grafov v različnih računalniških programih. Ključne besede: fizika, fizikalni eksperimenti, elektromagnetizem, termodinamika, laboratorijsko delo Objavljeno v DKUM: 12.07.2022; Ogledov: 275; Prenosov: 59
Celotno besedilo (16,16 MB) Gradivo ima več datotek! Več... |
2. Vpliv nanodelcev na strukturo zvite dislokacije v smektični A faziDejvid Črešnar, 2013, diplomsko delo Opis: V seminarju obravnavamo vpliv nanodelcev na strukturo zvitih dislokacij v smektični A fazi tekočih kristalov. Za opis sistema uvedemo ureditveni parameter, ki ga uporabimo v Landau – de Gennesovem fenomenološkem modelu. Minimizacija proste energije vodi do Euler – Lagrangevih enačb, ki jo rešujemo numerično z Eulerjevo metodo. Z nanodelci induciramo različne robne pogoje znotraj jedra dislokacije. Preučili smo, kako različno površinsko obdelani nanodelci vplivajo na strukturne lastnosti dislokacije. Ključne besede: smektična A faza, zvita dislokacija, smektični translacijski ureditveni parameter, Landau – de Gennesov fenomenološki model, gostota proste energije, Euler – Lagrangove enačbe, Eulerjeva metoda, robni pogoji inducirani z nanodelci Objavljeno v DKUM: 10.01.2022; Ogledov: 499; Prenosov: 10
Celotno besedilo (1,67 MB) |
3. Nevtronske interakcije pri fisijiAljoša Polšak, 2012, diplomsko delo Opis: V seminarju predstavimo nevtronske interakcije pri fisiji. Opišemo, kaj se dogaja pri fisiji, in pokažemo, kakšna vlogo imajo pri tem nevtroni. Vpeljemo sipalni presek, s katerim določimo verjetnost posameznih interakcij. Predstavimo nastanek vmesnega jedra in reakcije, ki sledijo nastanku vmesnega jedra. Ključne besede: fisija, jedro, nevtron, interakcija, sipalni presek, absorpcija, sipanje Objavljeno v DKUM: 03.02.2021; Ogledov: 751; Prenosov: 27
Celotno besedilo (2,01 MB) |
4. Zlom simetrije: aplikacija v optimizaciji energijskih procesov in detekciji nanodelcevEva Klemenčič, 2019, doktorska disertacija Opis: Doktorska disertacija zajema teoretično študijo treh primerov zloma simetrije v aplikativne namene. Osredotočimo se na možne aplikacije v sistemu tekočih kristalov, ki združujejo unikatno kombinacijo optične anizotropije, delnega značaja tekočine in »mehkobe«. Slednja opisuje možnost relativno močnega makroskopskega odziva na sorazmerno majhne motnje. Kot prvo obravnavamo uporabo fazno spremenljivih materialov v gradbenih kompozitih. Z numeričnimi simulacijami pokažemo, da s fazno spremenljivimi materiali lahko zagotovimo manjša temperaturna nihanja v prostoru in tako izboljšamo toplotno stabilnost prostora, pri čemer ima ključni pomen ustrezno izbrana temperatura faznega prehoda. Nadalje predstavimo dve možni izboljšavi. Prva izboljšava je kombinacija dveh fazno spremenljivih materialov, ki preideta fazni prehod pri različnih temperaturah, kar podaljša časovno konstantno toplotne stabilizacije. Pri drugi izboljšavi manipuliramo temperaturo faznega prehoda z zunanjimi perturbacijami. Na sistemu tekočih kristalov ograjenih v celico analitično prikažemo odvisnost temperature faznega prehoda od karakteristične razdalje celice, na katero lahko vplivamo z zunanjimi perturbacijami kot je na primer zunanje električno polje. S predlaganima izboljšavama razširimo območje optimalnega delovanja kompozita s fazno spremenljivimi materiali. Druga aplikacija zloma simetrije je elektrokalorični pojav, ki ga podrobneje preučimo na sistemu tekočih kristalov v bližini faznih prehodov in v bližini kritične točke z dodajanjem nanodelcev. Za teoretično obravnavo elektrokaloričnega pojava uporabimo Landau-de Gennes – Ginzburgov model na mezoskopski skali. Rezultati numeričnih simulacij razkrivajo, da se s približevanjem temperaturi faznega prehoda iz izotropne v nematsko fazo elektrokalorični odziv sistema veča kot posledica večje spremembe v orientacijski entropiji sistema. Analitično in numerično dokažemo, da lahko elektrokalorični odziv povečamo z direktnim faznim prehodom med izotropno in smektično A fazo. V slednji smektična urejenost efektivno deluje kot zunanje električno polje, kar posledično lahko vodi v ojačenje elektrokaloričnega odziva. Jakost odziva je močno odvisna od jakosti nezveznega prehoda med tekmujočima fazama. Fazno obnašanje v preučevanih sistemih kontroliramo z jakostjo sklopitve med orientacijskim in translacijskim redom. Za vrednosti nad kritično dosežemo direktni fazni prehod 1. reda iz izotropne v smektično A fazo, ki rezultira v povečanju elektrokaloričnega odziva sistema. Predstavimo tudi hladilni sistem in aktivni regenerator, ki delujeta na principu elektrokaloričnega pojava v tekočih kristalih, s čimer dosežemo večje razmerje med hladilno močjo in maso hladilnega sistema. Pri analizi elektrokaloričnega pojava v bližini kritične točke v sistem tekočih kristalov naključno porazdelimo različno koncentracijo nanodelcev. Sistem obravnavamo na semi- mikroskopski skali z Lebwohl Lasherjevim mrežnim modelom. Ugotovimo, da prisotnost nanodelcev ne prispeva k povečanju elektrokaloričnega odziva. Razlog je zmanjševanje možne električno povzročene spremembe orientacijske entropije, kar prevlada nad mehanizmom večjega odziva v bližini kritične točke. Kot tretjo aplikacijo zloma simetrije obravnavamo možnost detekcije nanodelcev. Prisotnost nanodelcev v celici tekočega kristala v nematski fazi povzroči frustracijo, ki se odraža v lokalno dvoosni urejenosti sistema. Posledično s spreminjanjem zunanjih pogojev kot so zunanje električno polje, temperatura in pozicija nanodelca, dobimo kvalitativno različne konfiguracije, kar lahko uporabimo za detekcijo nanodelcev. Rezultati doktorske disertacije prispevajo k boljšemu razumevanju obnašanja sistema tekočih kristalov v bližini faznih prehodov pod vplivom zunanjih dejavnikov. Ključne besede: zlom simetrije, optimizacija energijskih procesov, detekcija nanodelcev, tekoči kristali, elektrokalorični pojav, fazno spremenljivi materiali, inovativni fasadni sistemi, modeliranje Objavljeno v DKUM: 20.11.2019; Ogledov: 3400; Prenosov: 107
Celotno besedilo (3,55 MB) |
5. Vpliv nanodelcev na stopnjo nematične ureditveDejvid Črešnar, 2018, magistrsko delo Opis: Nanodelci dispergirani v nematičnih tekočih kristalih v splošnem deformirajo nematično strukturo. V številnih primerih dispergirani nanodelci vplivajo na tekočekristalno ureditev podobno kot naključno polje. Slednje vsiljuje molekulam tekočih kristalov relativno naključno orientacijsko urejenost, katere verjetnostna porazdelitev je odvisna predvsem od geometrije nanodelcev in jakosti ter vrste sklopitve med nanodelci in obdajajočo tekoče kristalno matriko. Nedavne eksperimentalne meritve nakazujejo, da pri povečevanju koncentracije nanodelcev preide klasična nematična ureditev v fazo, ki spominja na paranematično ureditev. Prehod je postopen in se izvede v relativno ozkem oknu koncentracij nanodelcev pri relativno nizki koncentraciji (okoli 0,1%). Pri nadaljnjem povečevanju se stopnja nematične urejenosti relativno malo spreminja do koncentracij 1%. Slednje obnašanje še ni bilo teoretično obravnavano. V magistrskem delu izdelamo minimalni matematični model, ki kvantitativno in kvalitativno opiše spremembo orientacijskega ureditvenega parametra v prisotnosti nanodelcev, ki vsiljujejo naključno urejenost. Izpeljemo dvodimenzionalni mrežni model v odvisnosti od ureditvenega parametra pri temperaturi absolutne ničle. V približku povprečnega polja numerično rešimo izpeljane enačbe. Rezultati simulacij v dobrem približku reproducirajo modelirane eksperimentalne meritve. Ključne besede: tekoči kristali, nematična faza, orientacijski ureditveni parameter, nanodelci, naključno polje, model naključnega anizotropnega nematika, približek povprečnega polja Objavljeno v DKUM: 21.09.2018; Ogledov: 943; Prenosov: 89
Celotno besedilo (1,37 MB) |
6. Impact of curvature on nematic topological defectsLuka Mesarec, 2018, doktorska disertacija Opis: Topological defects (TDs) appear almost unavoidably in continuous symmetry breaking phase transitions. The topological origin makes their key features independent of systems' microscopic details; therefore TDs display many universalities. Because of their strong impact on numerous material properties and their significant role in several technological applications it is of strong interest to find simple and robust mechanisms controlling the positioning and local number of TDs. There are strong evidences that in physics the fields are fundamental entities of nature and not particles. If this is the case then topological defects (TDs) might play the role of fundamental particles. An adequate testing ground to study and gain fundamental understanding of TDs are nematic liquid crystals. We present a numerical study of TDs within effectively two dimensional closed soft films exhibiting in-plane orientational ordering. Popular examples of such class of systems are liquid crystalline shells and various biological membranes.
We analyze the impact of extrinsic and intrinsic curvature on positions of topological defects (TDs) in two-dimensional (2D) nematic films. We demonstrate that both these curvature contributions are commonly present and are expected to be weighted by comparable elastic constants. A simple Landau-de Gennes approach in terms of tensor nematic order parameter is used to numerically demonstrate impact of the curvatures on position of TDs on 2D ellipsoidal nematic shells. We introduce the Effective Topological Charge Cancellation mechanism controlling localised positional assembling tendency of TDs and the formation of pairs (defect,antidefect) on curved surfaces. Furthermore, we estimate a critical depinning threshold to form pairs (defect,antidefect) using the electrostatic analogy. Finally, we show how one could efficiently switch among qualitatively different structures by using a relative volume of ordered shells, which represents a relatively simple naturally accessible control parameter.
In doctoral thesis, we developed theoretical model of erythrocyte membrane by using a hybrid Helfrich-Landau type mesoscopic approach, taking into account in-plane membrane ordering. We demonstrate that the derived extrinsic membrane energy term, which strongly depends on the local orientations of the molecules, is essential for the predicted broadening of the range of the relative volumes corresponding to the stable discocyte shapes, which is otherwise very narrow if only intrinsic curvature energy term dominates. Ključne besede: Topological defects, Continuum fields, Nematic liquid crystals, Biological membranes, Nematic shells, Landau-de Gennes formalism, Topological charge, Nanoparticles, Gaussian curvature, Electrostatic analogy, Intrinsic curvature, Extrinsic curvature, Crystal growth nucleation, Relative
volume Objavljeno v DKUM: 09.03.2018; Ogledov: 1811; Prenosov: 135
Celotno besedilo (23,66 MB) |
7. Histerezno obnašanje Lebwohl-Lasherjevih rotorjevSlavko Buček, 2017, doktorska disertacija Opis: V nalogi preučujemo sklopitev med nanodelci in termotropnimi nematičnimi tekočimi kristali (NTK). Slednje obravnavamo kot cilindrično simetrične objekte, ki jih v literaturi pogosto imenujejo kot rotorji. V prvem delu naloge preučujemo vpliv NTK na urejanje dispergiranih ogljikovih nanocevk (ON). Uporabili smo mezoskopski model, v katerem smo NTK opisali z Landau-de Gennesovo teorijo z enoosnim ureditvenim parametrom. Prisotnost ON smo upošteval z Doi-ovo prosto energiji, s katero smo modelirali liotropni značaj ON. Slednja interakcija upošteva t. i. sklopitev izključitvenega volumna. Obravnavali smo primer bi-disperzne porazdelitve ON v limiti šibke sklopitve NTK-ON. V tej limiti na sklopitev dominantno vpliva anizotropija površinske napetosti, medtem ko je interakcija z nematično orientacijsko urejenostjo relativno zanemarljiva. Glede na jakost ON-NTK interakcije smo zasledil dva kvalitativno različna režima obnašanja. V prvem režimu dispergirane ON posedujejo nezvezni prehod iz izotropne v orientacijsko urejeno fazo. V drugem nadkritičnem režimu pa je prehod med fazama postopen. NTK močno vsiljujejo ON stopnjo urejenosti, medtem ko je povratni urejevalni vpliv zanemarljiv. Tako je nematični ureditveni parameter NTK odvisen predvsem od temperature in le šibko od koncentracije ON. V nematični fazi urejenosti daljše ON izkazujejo močnejšo orientacijsko urejenost.
V drugem delu naloge smo preučeval histerezno obnašanje NTK pri cikličnem spreminjanju zunanjega urejevalnega polja. Pri tem smo predpostavili, da relativno homogeno dispergirani nanodelci v NTK delujejo kot orientacijsko naključno polje. Takšne primere npr. zasledimo v mešanicah NTK in aerosilnih nanodelcev. Osredotočili smo se na določitev režimov s kvalitativno različnim histereznim odzivom. Pri tem smo spreminjali jakost nematične sklopitve in jakost naključnega polja. Večino raziskav smo izvedli v dveh prostorskih dimenzijah. V teoretični analizi smo uporabili dva različna pristopa. Sistem smo najprej analizirali v približku povprečnega molekularnega polja. V prvem koraku smo analogno s klasično izpeljavo v magnetizmu vpeljali efektivno polje, ki deluje na lokalno nematično urejenost. Slednjo smo opisali s tenzorskim ureditvenim parametrom. V efektivnem polju smo upoštevali prisotnost »povprečnih« sosedov. Predpostavili smo, da sta lastna okvirja tenzorskega efektivnega polja in nematične urejenosti vzporedna in na ta način dobili samo-usklajevalno enačbo. V slednji smo vpeljali povprečenje po orientacijski neurejenosti nanodelcev. V drugem pristopu smo numerično preučevali nematično urejenost za dane vrednosti interakcij v sistemu in nato iz dobljene konfiguracije izračunali povprečni globalni nematični ureditveni parameter. V obeh pristopih smo enačbe reševali numerično pri temperaturi nič. Pri spreminjanju jakosti značilnih interakcij sistema smo dobili kvalitativno različne histerezne zanke in določili področja stabilnosti kvalitativno različnih zank. V obeh pristopih smo dobili kvalitativno podobno obnašanje in pojavile so se samo razlike v kvantitativnem obnašanju. Torej približek molekularnega polja predstavlja v tem primeru relativno zanesljivo in preprosto orodje.
Rezultati naloge so potencialno zanimivi za številne aplikacije v nanotehnologiji, ki so osnovane na interakcijah med nematičnimi tekočimi kristali in različnimi nanodelci. V primeru ON bi NTK komponento lahko izkoristili za kontrolirano orientacijsko manipulacijo dispergiranih ON. Tako bi lahko npr. kreirali različne prilagodljive in odzivne vzorce ON s specifičnim makroskopskim obnašanjem. Pri tem bi izkoriščali »mehkobo« NTK komponente in njeno odzivnost na zunanja urejevalna polja in na ograjevalno geometrijo. Po drugi strani bi lahko specifično histerezno obnašanje NTK v cikličnih urejevalnih poljih v prisotnosti nanodelčno generiranega nereda uporabili za različne »mehke« spominske elemente. Ključne besede: tekoči kristali, histereza, lebwohl-lasherjev model, mrežna simulacija, nano cevke, povprečno molekularno polje Objavljeno v DKUM: 06.02.2018; Ogledov: 1355; Prenosov: 64
Celotno besedilo (1,90 MB) |
8. Fizikalne lastnosti intermetalne katalizatorske spojine ZnPdArbresha Hölbl, 2017, magistrsko delo Opis: Kataliza se uporablja v znanosti in tehnologiji za spreminjanje poteka kemijskih reakcij preko znižanja aktivacijske energije, ki je potrebna za reakcijo. Najpreprostejši katalizator dobimo, če vzamemo kovinski element brez podlage. Slabost take izbire je zelo omejeno število elementov, ki so katalitsko aktivni za dano kemijsko reakcijo. Alternativni materiali za heterogeno katalizo so strukturno urejene intermetalne spojine. Gre za spojine iz dveh ali več kovinskih elementov, ki se nahajajo levo ali v okolici Zintlove črte v periodnem sistemu elementov. Njihova struktura je popolnoma ali delno urejena in se razlikuje od strukture elementov, ki tvorijo spojino. Stabilnost intermetalnih spojin med kemijsko reakcijo je povezana z njihovo elektronsko in geometrijsko strukturo. Prednost uporabe intermetalnih spojin za katalizo je možnost izbire elektronske in geometrijske strukture. Intermetalne spojine lahko razpadejo pred ali med katalizo, tako da iz njih nastane katalizator z veliko aktivno površino. Intermetalne spojine lahko nastanejo tudi med kemijsko reakcijo pri reakciji med aktivno kovino in podlago ali med različnimi materiali s podlago. V izogib tem težavam je bil nedavno sprejet pristop, da se kot stabilne katalizatorje brez podlage uporablja intermetalne spojine z urejeno kristalno strukturo.
V Magistrskem delu smo opravili karakterizacijo vzorca ZnPd s pomočjo mikroskopije SEM, ki je bila izvedena na Kemijskem institutu v Ljubljani. Ostale meritve so bile izvedene na Institutu »Jožef Stefan« v Ljubljani. Z napravo PPMS (angl. Physical Property Measurement System) proizvajalca Quantum Design smo izmerili fizikalne lastnosti ZnPd. Pri določanju magnetnega stanja vzorca pa smo uporabili magnetometer MPMS (angl. Magnetic Property Measurement System)
XL-5 proizvajalca Quantum Design. V Magistrskem delu smo prav tako dopolnili nedavne študije fizikalnih lastnostih intermetalnih katalizatorjev GaPd in InPd. Ključne besede: kataliza, katalizator, kompleksne kovinske spojine, intermetalne spojine, paladij, specifična toplota, električna upornost, magnetizacija, magnetna susceptibilnost Objavljeno v DKUM: 21.12.2017; Ogledov: 1317; Prenosov: 112
Celotno besedilo (2,35 MB) |
9. Teaching complex fields of soft matter, proposal of a new liquid crystal analogyUroš Jagodič, Jacob Staines, Samo Kralj, Robert Repnik, 2014, izvirni znanstveni članek Opis: The key reason behind the richness of different structures and patterns displayed in nature is the universal mechanism of symmetry breaking. It shapes configurations at all length scales encountered in universe. Structures reached via symmetry breaking transitions are commonly described in terms of order parameter fields. One of the simplest systems where symmetry breaking concepts have already been explored in detail, are various liquid crystal (LC) phases. The reason behind this is rich variety of structures exhibited by LCs and their convenient experimental accessibility. Consequently, a wide spectrum of different theoretical tools have been developed in LCs. In this contribution the orientational ordering of housing block in San Francisco, which we choose as a typical large-city representative, was studied. Following nematic LC analogy we determine the local degree of ordering. The structural pattern of the city displays a domain-type pattern. The average degree of ordering within a domain strongly correlates with crime rate within it. Therefore, the results confirm an intuitive expectation that structures define properties. This model can be used as a helpful tool in education as it provides a way of understanding complex topics with the help of well-known every day phenomena. Ključne besede: education, liquid crystals, modelling, order parameter Objavljeno v DKUM: 19.12.2017; Ogledov: 1204; Prenosov: 74
Celotno besedilo (2,32 MB) Gradivo ima več datotek! Več... |
10. Patterns in symmetry breaking transitionsSamo Kralj, Robert Repnik, 2012, izvirni znanstveni članek Opis: It is now well accepted that we all have amazing capabilities in recognizing faces in a fraction of a second. This specific pattern recognition ability could be by appropriate training transferred to some other field of expertise. At the same time pattern recognition skills are becoming increasingly important survival strategy in the modern competitive world which faces information overload. In the paper we demonstrate an example of pattern-recognition type of lecturing modern physics. By using already absorbed knowledge and analogies we exploit our innate pattern recognition brain capabilities for more effective learning of new concepts in physics. Ključne besede: pattern recognition, universalities, liquid crystals, cosmology Objavljeno v DKUM: 15.12.2017; Ogledov: 1491; Prenosov: 120
Celotno besedilo (3,56 MB) Gradivo ima več datotek! Več... |