Co Łączy Piasek Szkło I Światłowody | Światłowód Do Mieszkania Ftth

당신은 주제를 찾고 있습니까 “co łączy piasek szkło i światłowody – Światłowód do mieszkania FTTH – Co to jest?“? 다음 카테고리의 웹사이트 https://ppa.khunganhtreotuong.vn 에서 귀하의 모든 질문에 답변해 드립니다: https://ppa.khunganhtreotuong.vn/blog. 바로 아래에서 답을 찾을 수 있습니다. 작성자 Mediasat.pl 이(가) 작성한 기사에는 조회수 344회 및 177384 Like 개의 좋아요가 있습니다.

Table of Contents

co łączy piasek szkło i światłowody 주제에 대한 동영상 보기

여기에서 이 주제에 대한 비디오를 시청하십시오. 주의 깊게 살펴보고 읽고 있는 내용에 대한 피드백을 제공하세요!

아래 상세 동영상 보기

d여기에서 Światłowód do mieszkania FTTH – Co to jest? – co łączy piasek szkło i światłowody 주제에 대한 세부정보를 참조하세요

Film informacyjny organizacji FTTH Council Europe na temat Internetu Światłowodowego FTTH.
Zapraszamy na stronę www.mediasat.pl oraz www.przyspiesz.net

co łączy piasek szkło i światłowody 주제에 대한 자세한 내용은 여기를 참조하세요.

Notatka co łączy piasek szkło i światłowody – Brainly.pl

Piasek zbudowany jest z krzemionki, czyli tlenku krzemu (SiO2). Z przetopionego tlenku krzemu (piasku kwarcowego) robi się szkło.

+ 여기에 더 보기

Source: brainly.pl

Date Published: 12/24/2021

Wydawnictwo Pedagogiczne Operon – Multiteka

Co łączy piasek, szkło i światłowody. Zaloguj się. Etanol – najbardziej znany z alkoholi. Zaloguj się. Kwasy. Zaloguj się. <<<12>>>.

+ 여기에 자세히 보기

Source: multiteka.operon.pl

Date Published: 7/24/2021

Swiatlowody w pytaniach i odpowiedziach

Jakie sł podstawowe przyczyny strat we włóknach światłowodowych (ze szkła … Czynnikiem przemawiającym za stosowaniem tańszych łączy ze światłowodów …

+ 여기에 더 보기

Source: w12.pwr.wroc.pl

Date Published: 11/13/2021

Jakie właściwości posiada szkło krzemowe?

Alternatywnie szkło krzemionkowe można również otrzymać za pomocą stapiania drobnoziarnistego piasku kwarcowego. Wskutek uwięzienia mikroskopijnych …

+ 더 읽기

Source: www.products.pcc.eu

Date Published: 1/22/2021

SZKŁO – Kierunek Chemia

szyb, opakowań szklanych, sprzętu laboratoryjnego czy światłowodów i waty szklanej. SZKŁO – historia szklanych paciorków. Jedną z relacji powstania szkła, znamy …

+ 여기에 자세히 보기

Source: www.kierunekchemia.pl

Date Published: 6/17/2021

Światłowody – Kable i przewody

Światłowód zbudowany jest ze specjalnego rodzaju szkła kwarcowego. … Wszystko to można wedle potrzeb razem łączyć, aby uzyskać potrzebny nam kabel.

+ 여기를 클릭

Source: satec.com.pl

Date Published: 7/27/2022

Łącza optyczne w elektrowniach słonecznych i wiatrowych

Dlatego “szkło” LappKabel dostarcza praktycznie tylko do firm świadczących takie usługi. … Ponadto łącza światłowodowe używane są też w pociągach, …

+ 자세한 내용은 여기를 클릭하십시오

Source: automatykab2b.pl

Date Published: 4/16/2022

Światłowód – Generacje telefonii komórkowej

W usługach telekomunikacyjnych stosuje się światłowód włóknisty, wykonany przeważnie ze szkła krzemionkowego lub z innych szkieł bądź z piasku.

+ 여기에 자세히 보기

Source: www.telepern.pl

Date Published: 11/20/2021

Wszechobecna krzemionka

Czy wiesz, że piasek na plaży, naszyjnik z ametystów, szklany wazonik czy światłowody mają ze sobą wiele wspólnego? Łączy je jeden z najpospolitszych …

+ 여기에 더 보기

Source: zpe.gov.pl

Date Published: 1/1/2022

주제와 관련된 이미지 co łączy piasek szkło i światłowody

주제와 관련된 더 많은 사진을 참조하십시오 Światłowód do mieszkania FTTH – Co to jest?. 댓글에서 더 많은 관련 이미지를 보거나 필요한 경우 더 많은 관련 기사를 볼 수 있습니다.

주제에 대한 기사 평가 co łączy piasek szkło i światłowody

Author: Mediasat.pl
Views: 조회수 344회
Likes: 177384 Like
Date Published: 2015. 11. 17.
Video Url link: https://www.youtube.com/watch?v=DpITcJNPTwY

Swiatlowody w pytaniach i odpowiedziach

1. Światłowody (włókna światłowodowe)

1.1. Podstawy

1.2. Parametry

1.3. Transmisja

1.4. Łączenie

1.5. Bezpieczeństwo transmisji (możliwości podsłuchu)

1.6. światłowody specjalne

2. Kableświatłowodowe

3. Złączki światłowodowe (Połączenia rozłączne)

3.1. Zagadnienia ogólne

3.2. Parametry złączek

3.3. Technologia złączek

3.4. Wpływ środowiska

4. Spawanie włókien

5. Pomiary światłowodów

6. Źródła światła dla systemów światłowodowych

6.1. Diody Laserowe

7. Systemy transmisji światłowodowej

7.1. Sieci komputerowe

8. Historia światłowodów

9. Materiały szkoleniowe, czyli gdzie można dowiedzieć się czegoś na temat …?

9.1. Sieci światłowodowe

10. Edukacja albo “czego powinienem się uczyćżeby zostać specjalistą odświatłowodów?”

11. Uwagi końcowe

1.1.1. Jaka jest różnica pomiędzyświatłowodem jednomodowym i wielomodowym?

Pełna i dokładna odpowiedź jest dość skomplikowana. Kilka krótkich wyjaśnień znajduje się poniżej. Jeżeli interesują cię szczegóły, zajrzyj do książki, np.: Technicians Guide to Fiber Optics, Donald J. Sterling Jr. lub Fiber Optic Cable System Installation, Eric R. Pearson.

Światłowód jednomodowy oferuje większe pasmo i transmisję na większe odległości. Jednak złączki do światłowodów jednomodowych są droższe i trudniejsze w instalacji. Światłowody wielomodowe (tańsze złączki) są wykorzystywane wtedy gdy wystarcza nam mniejsze pasmo i łączymy mniejsze odległości (wewnątrz budynku). Czynnikiem przemawiającym za stosowaniem tańszych łączy ze światłowodów wielomodowych jest mniejszy koszt montażu i elementów.

Lepiej zrozumiesz praktyczną różnicę pomiędzy włóknem jedno i wielomodowym jeżeli weźmiesz pod uwagę koszt systemu światłowodowego, a nie samego włókna. Cena jest prawie taka sama dla włókna jedno i wielomodowego. Różnica w cenie systemu wynika z różnych koszów połączeń światłowodów i elektroniki dla wolniejszych (i krótko-zasięgowych) systemów wielomodowych i szybkich (łączących znaczne odległości) systemów jednomodowych.

1.2.1. Jakie sł podstawowe przyczyny strat we włóknach światłowodowych (ze szkła krzemionkowego)?

Najważniejsze zjawiska odpowiedzialne za tłumienieświatłowodów ze szkieł kwarcowych:

a) Rozpraszanie Rayleigh’a (Czytaj Rejleja): Rozpraszanie Rayleigha to rozpraszanie fali elektromagnetycznej w materiale, wywołane przez niejednorodności materiału (fluktuacje współczynnika załamania) o rozmiarach małych w porównaniu z długością fali światła. Istnieją dwie przyczyny niejednorodnśoci: fluktuacje gęstości i składu szkła. Straty wywołane rozpraszaniem Raileigha są odwrotnie proporcjonalne do czwartej potęgi długości fali światła (zależność 1/długość_fali^4), czyli rozpraszanie Raileigha maleje ze wzrostem długości fali. W światłowodach telekomunikacyjnych wykonanych ze szkła kwarcowego domieszkowanego germanem minimalne tłumienie jest zdominowane rozpraszaniem Raileigha, w związku z czym wiatowód nie może mieć tłumienia mniejszego niż 0,15 – 0.17 dB/km dla 1550 nm. Włókna które mogą prowadzić światło o większej długości fali będą się charakteryzować mniejszym rozpraszaniem Rayleigha i mniejszym tłumieniem. Na przykład światłowody ZBLAN, które prowadząświatło o długości fali powyżej 2000 nm teoretycznie mogą mieć tłumienie 0.001 dB/km.

b) Krawędzie absorpcji w zakresie ultrafioletu i podczerwienie. Krawędź krótkofalowa (ultrafiolet) związana jest z przejściami elektronowymi; krawędź w obszarze podczerwieni związana jest z przejściami oscylacyjnymi cząsteczek.

c) Absorpcja OH. Inna wersja dokuczliwej absorpcji oscylacyjnej na cząsteczkach grupy wodorotlenowej OH. Zależy od jakości technologii wytwarzaniaświatłowodów, zwykle utrzymywana na niskim poziomie. Można znaleźć włókna o tłumieniu poniżej 1 dB/km w obszarze 1380 nm.

d) Wewnętrzne nieregularnoci struktury mogą być przyczyną dodatkowych strat rozproszeniowych. Zwane są one niekiedy stratami na mikrodeformacjach. Zwykle słabo zależą od długościfali, zwiększjąc straty tła powyżej teoretycznego minimum.

e) Czynniki zewnętrzne, np. gięcie włókna mogą wywoływać straty radiacjne.

f) Centra barwne, wywołujące zależne odługoci fali tłumienie mogą również zwiększać stratyświatłowodu. Ichźródłem mogą być np. domieszki meteli wprowadzane w procesie wyciągania włókna.

1.2.2. Ile mocy optycznej można prowadzić we wświatłowodzie?

Najpierw należy się zastanowić co oznacza pojęcie dużej mocy we włóknieświatłowodowym? W standardowymświatłowodzie jednomodowym będzie to kilka watów (np. 4W). Lasery mocy często pracują impulsowo, w takim przypadku wiązkę charakteryzuje się podając energię impulsu zamiast mocy. W takim przypadku 50mJ energii odpowiada mocy 50kW dla impulsu o długości 1 mikrosekundy (lub nawet 50MW dla impulsu 1ns); mocśrednia wiązki może być znacznie mniejsza, np. poniżej 1W. Szacunkowo można przyjąć że graniczna gęstość mocy dlaświatłowodów ze szkieł kwarcowych to około 1-10MW/cm2. Tak więc, dlaświatłowodu jednomodowego ośrednicy rdzenia 9 um maksymalna moc wyniesie 0,6-6 watów. Dla pracy impulsowej (impulsy około 10ns) moc graniczna to 1-10GW/cm2. Konkretne wartości zależą od długości fali i sposobu domieszkowania włókna.

1.3.1. Czy promieniowanie (jądrowe, gamma itp.) ma wpływ naświatłowód?

Szkło kwarcowe (materiał z którego wytwarza się światłowody) jest bardzo odporne na promieniowanie. Promieniowanie powoduje ciemnienie szkła które zanika (efekt wybielania) pod wpływem wygrzewania. Szybkość wybielania zależy od temperatury. Więcej informacji na ten temat można znaleźć tutaj: http://misspiggy.gsfc.nasa.gov/tva/photonics.html, http://misspiggy.gsfc.nasa.gov/tva/meldoc/cabass, http://misspiggy.gsfc.nasa.gov/tva/meldoc/spietre/index.htm. Czy istniejąświatłowody specjalne o podwyższonej odporności na promieniowanie? (na razie brak odpowiedzi).

1.3.2. Jak wygląda zależność (wzór) pomiędzy pasmem transmisji i długością włóknaświatłowodowego?

Dlaświatłowodów wielomodowych jest to parametr podawany przez wytwórcę w jednostkach MHz*km. Im odległość większa, tym proporcjonalnie mniej pasma pozostaje do dyspozycji. Dla włókien jednomodowych pasmo jest ograniczone dyspersją chromatyczną wyrażaną w ps/(nm*km), gdzie ps wyraża poszerzenie impulsu, nm – szerokość spektralnąźródłaświatła, km – długośćłącza. Uwagi dodatkowe. W obliczeniach należy uwzględnić częstotliwość pracy nadajnika (laser lub dioda luminescencyjna) a nie nominalną (np. dla danego protokołu) szybkość transmisji; na przykład:łącze stosujące do transmisji kod Manchester pracuje w paśmie co najmniej dwa razy większym niż jego szybkość transmisji. W systemachłączności FM-FDM (np. wielokanałowełącza wideo, telewizja kablowa) należy brać pod uwagę częstotliwość nośną plus odchylenie modulacji FM. Zazwyczaj długośćłącza jest ograniczona tłumiennością włókna, ale w szybkichłączach odległość może być ograniczona pasmem transmisji. W takich przypadkach lepiej stosować włókna wielomodowe ośrednicy rdzenia 50 um zamiast włókien 62,5 um. Włókna 50 um mają większe pasmo MHz*km. Proste przeliczenie pasmo * odległość wystarcza dla większości przybliżonych analiz. Dokładne obliczenia muszą uwzględniać dyspersje (włącznie z dyspersją chromatyczną) i szerokość spektralnąźródłaświatła, ilość spawów i połączeń linii itd.

1.3.3. Ile analogowych kanałów telewizyjnych można przesłaćświatłowodem wielomodowym 62,5/125 dla długości fali 1300nm?

Pojemnośćświatłowody możemy wyliczyć korzystając z parametru zwanego pasmem przenoszenia (lub zakresem pasma przenoszenia). Pasmo to jest dużo niższe niż częstotliwość fali nośnej (światła) z powodu właściwościświatłowodu zwanej dyspersją (wświatłowodzie występuje kilka różnych rodzajów dyspersji). Falaświetlna w próżni może przenosić 4*10^7 kanałów TV, z koleiświatłowód wielomodowym typu 62,5/125 nadaje się do transmisji tylko 83 kanałów/km. Ilość kanałów zmniejsza się jeżeli długość włókna się wydłuża.

Poniżej trochę obliczeń i przykładów. Wymogi transmisji telewizyjnej: 6 MHz na kanał w systemie transmisji analogowej, 45 MHz na kanał w systemie cyfrowym (w systemach cyfrowych wymagane pasmo zależy od sposobu kompresji sygnału i może dochodzić do 100 MHz/kanał). Zakres przenoszenia dlaświatłowodu 62,5/125 zależy od jakości (klasy)światłowodu i dla 1300 nm zawiera się w granicach 200 do 1000 MHz*km (wg katalogu Fabryki Kabli “Ożarów” 1998). W obliczeniach przyjmiemy wartość 500 MHz*km. Ilość kanałów TV którą możemy przesłać włóknem wynosi 500/6 = 83 dla systemu analogowego i 500/45 = 11 dla systemu cyfrowego. Obliczona ilość kanałów odnosi się do włókna o długości 1 km. Jeżeli długość jest większa, pojemność jest proporcjonalnie mniejsza, np. dlałącza o długości 2 km liczba kanałów zmniejszy się dwukrotnie.

Jeszcze trochę obliczeń (odnoszą się raczej doświatłowodów jednomodowych, ponieważ pomijają dyspersję modowąświatłowodów wielomodowych). Szybkośćświatła w próżni: c = 3×10^8m/s. Częstotliwośćświatła (dla fali o długości 1300nm) = c / długość_fali = 2,31*10^14 Hz = 231 THz. Stosującświatłowody nie możemy wykorzystać całego dostępnego pasma faliświetlnej – musimy ograniczyć się do któregoś z okien transmisjiświatłowodowej (w okolicach 850, 1300 lub 1550nm). Na przykład pasmo drugiego okna telekomunikacyjnego (1300 nm) wynosi ~25 THz. Falaświetlna może służyć do transmisji maksymalnie 4*10^7 kanałów analogowych lub 5*10^5 kanałów cyfrowych. Drugie okno telekomunikacyjne (1300nm) pomieści 4*/10^6 kanałów analogowych lub 5*10^5 kanałów cyfrowych. Ponieważ trudno dziś przewidzieć w jaki sposób w przyszłości będziemy wykorzystywać całe dostępne pasmo optyczne, możliwości są czasem szacowane poprzez dość dowolnie określany “procent wykorzystania”. Jeżeli przyjmiemy,że zdołamy wykorzystać 1% dostępnego pasma (bezpiecznie niska wartość, uwzględniająca również nieznane technologie przyszłości) otrzymamy 5*10^4 kanałów cyfrowych (w końcu przyszłość należy do systemów cyfrowych).

1.3.4. Jak szybko można modulować sygnał optyczny przesyłanyświatłowodem?

Tak szybko jak potrafisz. Ograniczeniem jest wywołana dyspersją deformacja której podlega impuls poruszjący się wświatłowodzie. Im krótszy impuls tym większe pasmo przesyłaneświatłowodem i wyraźniejszy wpływ dyspersji. Wykazano,że możliwa jest transmisja 40 GB/s na odległoć 500 km (wykorzystano wzmacniacze optyczne i optyczną kompensacje dyspersji). Solitony to impulsy o specjalnym kształcie, które poprzez wzajemną kompensację optycznych efektów nieliniowych i dyspersji zachowóją kształt przy propagacji na znaczne odległości. Eksperymentalnie wykazano możliwość transmisji z szybkościa powyżej GB/s na odległość 10 000km i więcej bez regeneracji kształtu impulsu (ostatnio udało się przesłać 20GB/s na odległość 20 000km przy stopie błędu poniżej 10^-9).

1.3.5. Ile impulsówświatła (optycznych bitow informacji) można zawrzeć w okrelśonej długościświatłowodu (np. 10m).

W szklanymświatłowodzie telekomunikacyjnymświatło porusza się z szybkością ok 2×10^8 m/s. Tak więc przy szybkości transmisji 10GB/s długość impulsu wynosi 100ps, co odpowiada długości 100×10^-12 X 2×10^8 = 2cm. Czyli w 10mświatłowodu możemy zmieścić 500 bitów informacji.

1.3.6. Czy możliwa jest komunikacjaświatłowodowa przy pomocy jednego włókna? Komentarz do pytania: Zwykle systemyłącznościświatłowodowej pracujące w ful-dupleksie stosują dwa włókna, istnieją jednak rozwiązania korzystające tylko z jednegoświatłowodu. Jakie elementy znajdują się na wejściu (wyjściu) włókna w tego typu połączeniach?

Można to zrobić na kilka sposobów: 1. Jeżeli wystarczy nam pół-dupleks, dioda LED może być wykorzystana jako nadajnik i odbiornik (tak zwane ping-pong LED lub PPLED. Urządzenie (nadajnik wyposażony w PPLED) można kupic np. od Acapelli (http://www.acapella.co.uk). Urządzenie pracuje bardzo dobrze ale dość wolno. 2. Inna metoda to zastosowanie dzielnika wiązki razem z laserem (lub diodą LED) i detektorem. Można kupić duplekser, czyli moduł któryłączy w sobie wszystkie trzy urządzenia. Można w ten sposób zestawić połączenie w pełni dupleksowe korzystając zeświatła podążającegoświatłowodem w obu kierunkach. 3. Możemy zastosować standardowy rozdzielaczświatłowodowy (podział mocy 50/50) na każdym z końcówświatłowodu. Wspólne wyjściełączymy zświatłowodem transmisyjnym, dzielone wyjściałączymy z nadajnikiem i detektorem. Przed nadajnikiem możemy zainstalować izolator (izolatorświatłowodowy pozwalaświatłu rozchodzić się tylko w jedną stronę – jest to optyczny odpowiednik diody prostowniczej); izolator jest konieczny jeżeli jako nadajnik stosujemy szybki laser półprzewodnikowy. Podstawowa wada tego rozwiązania to straty – rozdzielacz z definicji wprowadza straty 3dB. Do tego dochodzą straty własne przyrządu, co w sumie daje 7 do 10dB strat na każdym z końcówświatłowodu. 4. Kolejne rozwiązanie to cyrkulator– w tym przypadku 3-końcówkowy. Wyobraź sobie 3 końcówki na obwodzie koła. To co wchodzi przez końcówkę nr 1, wychodzi przez 2, co wchodzi końcem 2 wychodzi końcówką 3. Jeżeli na każdym z końcówświatłowodu transmisyjnego zainstalujemy po jednym cyrkulatorze, możemy uruchomić transmisję dwukierunkową: nadajnik na wejściu 1, odbiornik na wyjściu 3, włókno podłączone do końca nr 2 cyrkulatora (zrób sobie rysunek i od razu zrozumiesz jak to działa). Cyrkulator wprowadza mniejsze straty niż zwykły dzielnik wiązki. 5. Ostatnia możliwość to WDM czyli zwielokrotnianie długości fali. Urządzenie zwane multiplekserem pozwala wprowadzić dwie różne długości fali do jednego włókna, z drugiej strony demultiplekser pozwala je rozdzielić–mamy więc dwa niezależne kanały w jednym włóknie, które możemy wykorzystać do uruchomienia transmisji dwukierunkowej (pełny dupleks).

1.3.7. What is is meant by a device operating at x Gb/s and y GHz i.e. what is the definition/ difference of the two terminologies?

Both Gbps (Gb/s) and GHz describe bandwidth or transmission capacity of a communications network, computer bus or transmission channel. When expressed in Hertz, required frequency may be a greater number than the actual bits per second, depending on modulation efficiency. As a rule of the thumb you may assume 2 Hz/bps, that is to have a bit rate B Gbps, 2 B GHz will be needed for encoding. The reason for this is that pulses used in digital transmission are build of some spectrum of frequencies.

1.3.8. Ile mocy optycznej można prowadzić we wświatłowodzie?

Najpierw należy się zastanowić co oznacza pojęcie dużej mocy we włóknieświatłowodowym? W standardowymświatłowodzie jednomodowym będzie to kilka watów (np. 4W). Lasery mocy często pracują impulsowo, w takim przypadku wiązkę charakteryzuje się podając energię impulsu zamiast mocy. W takim przypadku 50mJ energii odpowiada mocy 50kW dla impulsu o długości 1 mikrosekundy (lub nawet 50MW dla impulsu 1ns); mocśrednia wiązki może być znacznie mniejsza, np. poniżej 1W. Szacunkowo można przyjąć że graniczna gęstość mocy dlaświatłowodów ze szkieł kwarcowych to około 1-10MW/cm2. Tak więc, dlaświatłowodu jednomodowego ośrednicy rdzenia 9 um maksymalna moc wyniesie 0,6-6 watów. Dla pracy impulsowej (impulsy około 10ns) moc graniczna to 1-10GW/cm2. Konkretne wartości zależą od długości fali i sposobu domieszkowania włókna.

1.4.1. Czy można połączyć (optycznie)światłowód wielomodowy z jednomodowym? A jednomodowy z wielomodowym?

Nie można. Jeżeli fizycznie połączymy światłowód wielomodowy z jednomodowym, przy transmisji sygnału ze światłowodu wielo do jednomodowego prawie cały sygnał zostanie wytłumiony w obszarze złącza. Dokładniej, wprowadzanie światła ze światłowodu wielomodowego do jednomodowego wymagałoby osobnego układu sprzęgającego dla każdego z modów. Można przesyłać sygnał zeświatłowodu jednomodowego do wielomodowego.

1.5.1. Czy można podsłuchiwać sygnał przekazywany włóknemświatłowodowym? Czy w tym celu należy usunąć wszystkie pokrycia, i następnie przy pomocy specjalnego sprzętu próbować przechwycić sygnał?

O1: Jeżeli słyszałeś kiedyś,żeświatłowód zapewnia transmisję bez możliwoci podsłuchu – mam dla ciebie złą wiadomość: to nie prawda. Można podsłuchiwać sygnał przekazywanyświatłowodem, nawet przez pokrycie kabla, pod warunkiem,że natężenieświatła jest wystarczająco duże (np. podsłuchujemy bliskoźródła). Nie trzeba w tym celu usuwać pokrycia, wystarczy zgiąćświatłowód. Sygnał można zarejestrować przy pomocy prostego urządzenia zwanego miernikiem ruchu. O2: Jest jeszcze druga wiadomość – tym razem dobra. Jeżeli zginamy włóknoświatłowodowe, częśćświatła ucieka zeświatłowodu, a więc jego tłumienie wzrasta. Może to być zarejestrowane i wiele systemów stosuje detekcję zmian tłumienia w celach ostrzegawczych i serwisowych.

1.6.1. Co to jestświatłowód typu ZBLAN?

ZBLAN to nazwa szkła z grupy ciężkich szkieł fluorkowych (heavy-metal fluoride glasses). Typowe szkło tworzone jest na bazie krzemu: cząsteczki dwutlenku krzemu (kwarc lub zwyczajny piasek) plus inne składniki tworzą szkło ożądanych parametrach. W szkłach ZBLAN fluorłączony jest z metalami: cyrkonem, barem, lantanem, aluminium, i sodem (Zr, Ba, La, Al, Na, stąd nazwa).Światłowody ze szkieł ZBLAN mogą prowadzić falę nawet o długości 4000 nm, i teoretycznie mogą mieć tłumienie dochodzące do 0.001 dB/km. Włókna ZBLAN mogą być domieszkowane prazeodymem. Włókna takie wchodzą w skład wzmacniaczyświatłowodowych na 1300 nm. Wzmacniacze takie oznaczane są skrótem PDFA (Prazeodymium Doped Fiber Amplifiers)

2.1. Co oznaczają określenia luźna tuba i mikrotuba w terminologii kabliświatłowodowych?

Luźna tuba i mikrotuba to określenia konstruktcji kablaświatłowodowego.

2.2. Co oznacza “overlength” (nadmiar włókna) w terminologii technologii kabliświatłowodowych?

Nadmiar włókna (światłowód w kablu jest dłuższy niż sam kabel) jest konieczny aby zabezpieczyć się przed wpływemśrodowiska zewnętrznego (w USA nadmiar włókna jest okrelśany jako “helix factor” = współczynnikśróbowy). Zwykle jest to informacja zastrzeżona – nie zamieszczana w danych katalogowych. Jeżeli zadaeklarujesz chęć zakupu kabla, producent powinien udostępnić tę informację dla celów projektowych. Niekiedy informacją tą dysponują również wytwórcy OTDR-ów. Ponieważ OTDR mierzy długość włóknaświatłowodowego, znajomoć różnicy długości kabel/światłowód może mieć zasadnicze znaczenia przy lokalizacji uszkodzenia. Scisłe dane można uzyskać od producenta lub mierząc OTDR odcinki kabla przed jego instalacją> Jeden z wytórców kali (Siecor) podał,że kable typu luźna tuba zawierają 1 do 3 % nadmiaru wiatłowodu. Przy pomiarach OTDR-em należy wprowadzić odpowiednią poprawkę.

2.3. W jaki sposóbżel jest wstrzykiwany do kabla (tuby) w procesie technologicznym?

Żelu nie “wstrzykuje” się do tuby (kabla), wręcz przeciwnie – tubę tworzy się wokół układuświatłowód +żel.

3.1.1. Co w opisie złączekświatłowodowych oznaczają skróty ST, SC i FC?

Krótki opis złączek: ST– złączka z mocowaniem bagnetowym. Uchwyt może być plastikowy lub metalowy. FC– złączka z mocowaniem gwintowanym. SC– złączka o przekroju prostokątnym, w plastikowej obudowie; niebieska dlaświatłowodów jednomodowych i beżowa dla wielomodowych. Wyjaśnienie skrótów: ST = Straight Tip (ang. zakończenie proste); określenie wprowadzone dla odróżnienia od stosowanych wcześniej złączek o zakończeniu stożkowym. Oba typy złączek– prosty i stożkowy– opracowano w firmie AT& FC = Fiber Connector (ang. złączeświatłowodowe) opracowane w NTT SC Subscriber Connector (ang. złącze abonenckie) opracowana przez NTT jako tańsza odmiana złącza FC. Tania, dzięki plastikowej obudowie złączka, miała służyć podłączenia doświatłowodów sprzętu w systemach włókno-do-domu. Inne wyjaśnienie skrótów: ST = Standard Termination (ang. zakończenie standardowe) SC = Standard Connection (ang. złącze standardowe) Czasem oznaczenie złączki (ST, FC, SC) zawiera dodatkowo symbole PC lub AC– co to oznacza? PC = Physical Contact (ang. kontakt fizyczny) tłumienność odbiciowa ORL < -45dB. SPC - Super polished Physical Contact (ang. super-polerowany kontakt fizyczny), ORL < -50 dB. Może być również UPC (ultra-polerowany kontakt fizyczny), ORL < -55dB. AC - Angled Contact (ang. złącze kątowe), ORL < -65dB; koniec włókna polerowany pod kątem ok. 8 stopni do płaszczyzny prostopadłej do osiświatłowodu. APC - Angled Physical Contact (ang. połączenie kątowe z kontaktem fizycznym) Określenie„kontakt fizyczny” oznacza,że koniec włókna i tulejkę ceramiczną lekko zaokrąglono, także w złączce występuje kontakt szkło-szkło (a nie szkło– powietrze– szkło jak w złączce zwyczajnej). Dodatkowe litery S lub U odnoszą się do gładkości polerowanych powierzchni czołowych (super i ultra). Innymi słowy, złączki PC, SPC i UPC mogą mieć taki sam profil powierzchni czołowej, ale różne parametry wynikające z różnych gładkości powierzchni. ORL = optical return loss (ang. optyczna tłumienność odbiciowa) charakteryzuje ilośćświatła odbitego od złączki i wracającego toremświatłowodowym. 3.1.2. Co to jest złącze LC i czy nadaje się ono do sieci LAN? Złącze LC to jeden z przyszłościowych standardów w klasieświatłowodowych złączek o zmniejszonym przekroju poprzecznym. Standard LC konkuruje obecnie z MT-RJ i VF-45. Złącze znajdzie zastosowanie w sieciach transmisji danych, gdzie ważne jest aby na niewielkiej powierzchni (płycie czołowe przyrządu lub jednej karcie) zmieścić jak najwięcej wejść/wyjść. Nowe złącze przypomina złącze RJ-45. Zajmuje dwa razy mniej miejsca niż klasyczne złączkiświatłowodowe SC i FC (preferowane w systemach telekomunikacyjnych) 3.2.1. Jak rozpraszanie wsteczne (ORL) wplywa na pasmo (szybkosc) transmisji? Komentarz do pytania: Rozpraszanie wsteczne destabilizuje lasery w jednomodowych systemach swiatlowodowych. Czy mozna dokladnie powiedziec o ile pogorszy sie pasmo jezeli rozpraszanie wzrosnie o 1 dB. Np. o ile gorsza z tego punktu widzenia jest zlaczka z ORL 50db od zlaczki 55dB? Zalezy systemu. Parametry diody laserowej podawane przez producenta powinny zawierac dopuszczalne wartosci rozpraszania wstecznego. 3.3.1. Stosowana przez nasżywica ma przekroczony termin ważności. Jak czas wpływa na właściwościżywic epoksydowych? Jeżeliżywica zestarzeje się mogą wystąpić problemy. Przede wszystkim starażywica nie utwardza się tak szybko i dobrze jak nowa (zmniejsza się liczba/ koncentracja wiązań). Gęstość wiązań (liczba wiązań sieciujacych na jednostkę objętości) zaczyna w tej sytuacji silnie zależeć od dokładności wymieszania składników. Stąd wnisek,że jeżeli występują problemy odprysków należy przede wszystkim sprawdzić czyżywica jest dobrze wymieszana przed użyciem. 3.3.2. Ostatnio w naszych złączkach końce włókien pękają i rozsypują się, co może być przyczyną problemu? Doświadczenie wskazuje,że złączki wykonane przy pomocyżywic termoutwardzalnych na włóknach 100/140um mają skłonności do pękania; włókna 125um są znacznie bardziej odporne. Zastosowanieżywić epoksydowych utwardzanych w temperaturze pokojowej może rozwiązać problem 3.3.3. W jaki sposób dopasować i skleić ze sobą dwa elementy optyczne? Opis problemu: Próbujemy połączyć ze sobą dwie części (np.światłowody, mikrosoczewki, kapilary tworzące przyrząd optyczny) przy pomocyżywicy epoksydowej utwardzanej ultrafioletem. Po naniesieniu kleju pozycjonujemy elementy z dokładnością 1 mikrometra. Niestety, po naświetleniu ultrafioletem i utwardzeniu okazuje się,żełączone elementy przemieściły się o kilkadziesiąt mikrometrów. Utwardzaniu polimerów zawsze towarzyszy zmiana objętości zależna od temperatury lub natężeniaśrodka inicjującego (UV). W rezultacie utwardzaniażywicy elementy mikrooptyczne przemieszczają się względem siebie. Jedyne rozwiązanie gwarantujące stabilność to ich solidne zamocowanie w czasie klejenia (np. w v-rowkach). Inne rozwiązania: - Klejenie dwustopniowe, najpierw przy pomocy niewielkiej ilości kleju w celu zamocowania, później klejenie właściwe. - Jeżeli konstrukcja dopuszcza stosowanie nieprzejrzystych klejów, może być pomocne zastosowanie wypełniacza (przepuszczającego ultrafiolet, np. proszek szklany). 3.3.4. Czy stara (przeterminowana)żywica epoksydowa utwardzając się staje się bardziej krucha iłatwiej pęka? Czy możliwe jest,że w związku z tym spoistośćżywicy jest gorsza i polerowanie jest bardziej agresywne? W czasie polerowania szkła powierzchnia jest usuwana mechanicznie. Do polerowania używa się zwykle różu polerskiego (tlenekżelazowy) - siła i kierunek nacisku mogą mieć wpływ na jakość otrzymanej powierzchni. Jeżeli nie stosujemy różu tylko papiery polerskie możemy polerować na sucho lub na mokro. Polerowanie szkła prowadzi się zwykle w obecności cieczy roboczej, która pomaga usuwać materiał i działa jako ośrodek chłodzący. Dla złączy nie klejonych (bezżywicy epoksydowej) można użyć alkoholu (np. izopropylowego) pamiętając o dobrej wentylacji pomieszczenia. Alkohol będzie zwilżał powierzchnię nie indukując propagacji pęknięć (przyczyna wykruszania się szkła). Jeżeli mamy do czynienia ze złączką klejonążywicą epoksydową najlepszą cieczą będzie prawdopodobnie woda (czysta destylowana). Jeżeliżywica jest stara (przeterminowana) należy upewnić się przed polerowaniem,że się dobrze utwardziła. W tym celu można zwiększyć ilość utwardzacza i przedłużyć czas i zwiększyć temperaturę utwardzania. 3.4.1. Jak temperatura / wilgotność / ciśnienie powietrza wpływa na efekt polerowania? Czy polerowanie powinno być wykonywane w klimatyzowanych (hermetycznych) pomieszczeniach? Wilgotność może mieć wpływ na polerowanie szkła. Temperatura i wilgotność mogą mieć wpływ na polerowanieżywicy epoksydowej. 4.1. Bywa,że muszę powtarzać spaw z powodu dużych strat (0,30 do 0,40 dB według pomiaru spawarki). Czy złe spawy są spowodowane złym przygotowaniem powierzchni czołowej? Sosuję 70% procentowy alkohol izopropylowy i waciki do obmywania gołego włókna przed spawaniem, czy alkohol może pozostawiać zanieczyszczenia które mają wpływ na spaw? Jeżeli używasz 70% alkoholu, pytanie co z pozostałymi 30%. Większość, choć nie wszystko, to woda. Alkohol (70%) też prawdopodobnie zawiera zanieczyszczenia. Pewna grupa stosowała 70% alkohol i miała 20% odrzutów. Po zmianie na alkohol 95% odrzuty zmniejszyły się do 5%. Najlepiej stosować bardzo czysty (99%) alkohol, koniecznie przechowywany w szczelnie zamkniętym pojemniku. 4.2. Spawanie kabliświatłowodowych różnych producentów: kiedy spawam różne kable np. FITEL do SUMIMOTO, ALCATEL lub innej marki, wydaje się,żeświatłowody różnią się między sobą. Zawsze spawy są wyraźnie widoczne (straty 0,30 do 0,40 dB). Jeżeli spawam kable jednego producenta spawów nie widać wcale. Stąd wniosek,że różni producenci wykonują różneświatłowody. Dlaczego nie uzgodniono standardu na materiałświatłowodu? Włókna różnych producentów różnią się nieznacznieśrednicą i składem rdzenia. Różnica to ułamek mikrometraśrednicy rdzenia i prawie niemierzalna różnica składów. Jednolitość właściwości włókna pochodzącego od jednego producenta wynika raczej ze stosowania tej samej linii i procedury technologicznej niż z odchyleń on założonych parametrów. Zgodność parametrów włókien wytwarzanych dziś jest znacznie lepsza niż to bywało 10 lat temu. Firmy pracują nad tym. I jeszcze jedna uwaga o pomiarach jeżeli spawy są mierzone przy pomocy OTDRa. OTDR reaguje bardzo silnie na zmiany współczynnika załamania (właściwości materiału) iśrednicy rdzenia, wskazując tłumienie większe niż w rzeczywistości i zależne od kierunku pomiaru (za małe w jedną stronę, za duże w drugą). Pomiar tłumienie spawu wymaga pomiarów dwukierunkowych. Procedura pomiarowa jest zwykle opisana w instrukcji OTDRa. 5.1. Dlaczego mierzącłączaświatłowodowe przy pomocy reflektometru (OTDR) używamy dwóch długości fali: 1300nm i 1500nm? Przecież już jeden promień lasera powinien pokazać jakie mamy problemy zeświatłowodem i spawami? Tłumienie złączki dla dwóch długości fali jest takie samo, ale tłumienieświatłowodu jest różne. Tłumienie dla 1550nm jest mniejsze i ta długość fali lepiej nadaje się do budowy długichłączy. Ponadto obie długości fali dają różne tłumienie na zgięciach i przy niedopasowaniuśrednic/ położenia rdzeniaświatłowodu: 1550nm jest bardziej wrażliwe na te efekty. Pomiar może wykazać zdarzenie (punkt pomiarowy OTDR) o tłumieniu 0,2 dB przy 1300nm, które przy pomiarach 1550nm wzrośnie do 2,5 dB. Podsumowując: mierzymy dla 1300 nm aby określić stratyłącza dla roboczej długości fali i dla 1550 nm aby sprawdzić czy nie występują problemy ze zgięciami, mikrozgięciami lub naprężenia które w przyszłości mogą być przyczyną uszkodzenia linii. 6.1.1. Co to jest migotanie (chirping,świergotanie,ćwierkanie) lasera. Co to znaczy,że laser migocze (ćwierka)? Migotanie lasera oznacza zmianę częstotliwościświatła emitowanego przez laser półprzewodnikowy, w czasie trwania impulsu. Zjawisko występuje przy bezpośredniej (prądowej) modulacji lasera i prowadzi do poszerzenia linii spektralnej emitowanegoświatła. Przyczyną jest zmiana gęstości nośników swobodnych w warstwie aktywne, co prowadzi zmiany współczynnika załąmania i w końcu do zmiany częstotliwościświatła (modu) lasera. Niektóre lasery migoczą bardziej niż inne (zakeżt to głównie od materiału warstwy aktywnej). Migotanie może być przezwyciężone poprzez zastosowanie zewnętrznej modulacjiświatła. Samo słowo migotanie (po angielsku chirp oznaczaćwierkać) odnosi się do zmiany częstotliwości - jeżeli wsłuchasz się w ptasiświergot, być może zauważysz,że dźwięk zmienia częstotliwość. 7.1. Mam problem z podłączeniem modułu sieciowego XXXX doświatłowodowego nadajnika typu YYYY przy pomocyświatłowodu jednomodowego. Zastaw pracuje bardzo dobrze jeżeli używamświatłowodu wielomodowego.Czy powniemen zastosować specjalny nadajnik jednomodowy? Nie potrzebujesz jednomodowych przyrządów. Powinieneś po prostu zastosowaćświatłowoód wielomodowy! 7.2. What are L-, C- and S-bands in fiber-optic telecommunications systems? S-Band: Short Band (1450-1510nm), C-Band : Conventional Band (1525-1560 nm), L-Band: Long Band (1570-1620 nm). The 1560-1570 nm gap is used to allow for the edge filters that would be used to separate the C-band from the L-band. Even longer 1625 - 1650 wavelengths are used to continuously monitor the integrity of the fiber without interfering with the signals at 1550 or 1310. 7.1.1. Co to jest ustalone pole modowe i dlaczego dla niektórych zastosowań (np sieci ATM, IEEE 802.3) podaje się minimalną długość kablaświatłowodowego? Według standardu ATM UNI 3.1 "Zwykle potrzebne jest 1 do 5 metrów światłowodu aby powstało ustalone pole modowe". Norma IEEE 802.3 (Ethernet) jest bardziej precyzyjna, możemy w niej przeczytać (15.3.1): "Dla łączy krótszych niż 5 m dla spełnienia wymagań 15.2.2.1. konieczne może być stosowanie tłumików lub zbieraczy modów (mode-strippers) w celu wytłumienia mocy optycznej, która została wprowadzona do płaszczaświatłowodu. Tak więc wydaje się,że najbezpieczniej będzie stosowaćświatłowodowe kable przyłączeniowe o długości co najmniej 5m. A co to w ogóle jest to ustalone pole modowe? Kiedyświatło zostanie wprowadzone doświatłowodu pojawia się zarówno w rdzeniu jak i płaszczu.Światło w płaszczu (mody płaszczowe) jest silnie tłumione i po kilku metrachświatła w płaszczu nie ma. To tłumienie zależy od rodzajuświatłowodu, pokrycia polimerowego, ułożenia włókna; prawdopodobnie z tego powodu standard ATM zamiast dokładnie określić minimalną długość podaje zakres "1 do 5m". Po 5 metrach w płaszczu nie ma jużświatła i jego moc wświatłowodzie nie będzie się zmieniać z powodów innych niż tłumienie, gięcie iłączenieświatłowodu. Jednak rozkład mocyświatła w przekroju poprzecznym rdzeniuświatłowodu będzie się jeszcze zmieniał (przez około 1 do 2 km) i dopiero teraz pojawi się ustalone pole modów. Efekt ten ma znaczenie w praktyce: wświatłowodach wielomodowych tłumienie i dyspersja maleją z odległością, i dopiero po około 2 km ustalają się. 8.1. Kto wynalazłświatłowód? W 1880 roku inżynier z Concord (Massachusets, USA) William Wheeler skonstruował i opatentował konstrukcje którą nazwał rurociągiem świetlnym (light piping). Była to prawdopodobnie pierwsza poważna próba prowadzeniaświatła w ośrodku szklanym. Wheeler planował wykorzystać swój pomysł do oświetlania wnętrza budynków (wynaleziona przez Edisonażarówka wyeliminowała pomysł jako zbyt komplikowany i niepraktyczny). Patenty: * Wheeler, William, Concord, Mass. "Aparatura dla oświetlania mieszkań i innych struktur" US 247,229 issued 9/20/1881 * Wheeler, William, Concord, Mass. Holofot (Holophote) dla oświetlania mieszkań US 247,230 issued 9/20/1881 * Wheeler, William, Concord, Mass. "Aparatura dla oświetlania mieszkań i innych struktur" US 247,231 issued 9/20/1881 9.1. Lasery Ilustrowana historia lasera od czasów Einsteina do disiaj; nacisk położono na zastosowanie lasera w astronomii: 'Laser History'http://www.achilles.net/~jtalbot/history 9.2. Światłowody Niezły materiał o światłowodach (po angielsku) możesz znaleźć na stronie www.schott.co.uk/TechInfo.htm 9.1.1. Gdzie mogę znaleźć informacje na temat komunikacji optycznej (sieciświatłowodowych)? Journal of Lightwave Technology (numer wspólny z JSAC) z czerwca 1996 może być doskonałym wprowadzeniem do przedmiotu (po angielsku). 9.1.2. Czy istnieje lista dyskusyjna dotycząca telekomunikacji optycznej (światłowodowej). Nie ma listy dyskusyjnej dotyczącej dokładnie telekomunikacjiświatłowodowej. Trochę infomrmacji można znaleźć na liście: comp.dcom.sdh-sonet (w tej chwili lista jest prawie martwa - ale jest czytana, jeżeli pojawi się pytanie, można liczyć na szybką odpowiedź). Jak wynika z nazwy, na liście można wymienić informacje na temat sytemów SDH, SONET. Istnieje pocztowa lista dyskusyjna SPIE info-fibers z adresem e-mailowym [email protected]. Można zapisać się na tę listę wsyłając na adres [email protected] wiadomość z poleceniem SUBSCRIBE INFO_FIBERS. Lista poświęcona jest optyceświatłowodowej, pytania to zwykle "gdzie mogę znaleźć to czy tamto" i "organizujemy konferencję na temat ...". Istnieje również, jak się wydaje przestarzała, lita opto-forum, zarządzana z [email protected]. 10.1. Opracowane na podstawie Internetowych ofert pracy w dziedzinie techniki światłowodowej. Już na pierwszy rzut oka widać, że na światłowodach świat tu się nie kończy. Stanowisko: Programista (oprogramowanie sieciowe 1998) Wymagana wiedza: Wiedza na temat protokołu OSI, Umiejętność tworzenia oprogramowania. Obowiązki/Zakres odpowiedzialności: Samodzielna realizacja zadań po na podstawie instrukcji na temat spodziwanych wyników. Projektowanie i rozwój oprogramowania dla wszystkich 7 warst OSI. Integracja OSI i protokołów sieciowych (TCP/IP). Umiejętność diagnostyki oprogramowania. Umiejętność tworzenia dokumentacji technicznej dla produku końcowego. Realizacja zadań specjalnych zleconych przez przełożonego. Doświadczenie zawodowe: Doświadczenie w tworzeniu oprogramowania (>2 lata) dla produktów komercyjnych z dobrym przygotowanie m w następujących dziedzinach: protokoły OSI; applikacje sieciowe: tworzenie, wdrażani i konfiguracja wśrodowiskach osadzonych (embedded) i UNIXowych; Znajomość standardów sieciowych (ITU TMN, OSI/CMIP/GDMO, SNMP) Umiejętności: Predyspozycje do pracy grupowej. Solidne umiejętności tworzenia dokumentacji technicznej i pisania tekstów technicznych; Przywiązanie do metod i zasad tworzenie wysokiej jakości optogramowania. Wymagane wykształcenie: Wyższe techniczne —————————— Stanowisko: Projektant obwodów drukowanych (w firmie światłowodowej) Gdzie: Dział usług mechaniczno-elektrycznych Charakterystyka stanowiska: Projektowanie obwodów drukowanych przy pomocy najnowszego oprogramowania. Zakres obowiązków i odpowiedzialności: Projektowanie obwodów drukowanych przy pomocy najnowszych narzędzi komputerowych. Współpraca projektantami rozwiązań mechanicznych i elektrycznych. Organizacja i prowadzenie dokumentacji projektów. Utrzymywanie kontaktów w wytwórcami obwodów drukowanych. Znajomość aktualnych standardów. Pożądana znajomość następujących programów: Pads, Viewlogic, Mentor-graphics, Cadence, Autocad, and Proengineer. Znajomość systemów konwersji i wymiany danych. Wymagana wszechstronność. Charakterystyka kandydata: umiejętność pracy w grupie, pracowitość, zdolność adaptacji do zmieniających się wymagań. Wykształcenia / doświadczenie zawodowe: Minimumśrednie (lub odpowiednie kursy) zapewniające wiedzę o projektowaniu i kreśleniu komputerowym. 5 do 10 lat doświadczenia w projektowaniu obwodów drukowanych. —————————— Stanowisko: Inżynier, specjalista od układów optyki pasywnej (1998) Charakterystyka stanowiska: Ciągła (codzienna) kontrola wytwarzanych układów optyki pasywnej. Kontrola jakości, organizacja i nadzór laboratorium testów kontrolnych. Obowiązki: Prowadzenie testów optycznych pasywnych elementów optycznych. Testy niezawodności i odpornościśrodowiskowej. Redagowanie formalnych raportów, prowadzenie dzienników (zgodnych z ISO 9000). Konieczna znajomość programów do obróbki danych i automatyzacji pomiarów. Wiedza w zakresie optyki, elektroniki i technikiświatłowodowej. Umiejętność obchodzenia się z elementami i sprzętemświatłowodowym. Pożądane cechy kandydata: Dobrze zorganizowany, chętny do pracy w grupie, zdolny do wzięcia na siebie znacznej odpowiedzialności. Wykształcenia i doświadczenie: wykształcenie wyższe (fizyka, elektronika, mechanika) lub doświadczenia w zakresie kontroli jakości. —————————— Stanowisko: Technik w laboratorium optycznym (1998) Charakterystyka stanowiska: Przygotowanie stanowisk pomiarowych i praca w laboratorium optoelekctoniki zajmującym się testowaniem i oceną niezawodności elementów. Obowiązki i zakres odpowiedzialności: Budowa stanowisk pomiarowych i automatyzacja procedur testowych. Projektowanie i prowadzenie eksperymentów. Utrzymywanie zgodności z nomąmi ISO. Aedministracja baz danych. Znajomość laboratoryjnych technik pomiarowych. Komputeryzacja stanowisk pomiarowych. Pożądane cechy kandydata: Umiejętności obróbki i spawania włókienświatłowodowych. Znajomość elementówświatłowodowych. Wykształcenia i doświadczenie: Co najmniejśrednie sykształcenie z zakresu elektroniki lub informatyki (lub doświadczenie w tych dziedzinach). Doświadczenie w pracy zeświatłowodami. —————————— Stanowisko: naukowo – badawcze, stypendium lub post-doc (1998) Przede wszystkim znajomość angielskiego. Doctor’s degree with major field among queuing theory, numerical analysis, communications network modeling, communications system modeling, circuit design, computer simulation, optical communications, photonics, or related fields. The research perspectives include the conceptual modeling, theoretical design, and performance evaluation/analysis of terabit transport and switching system and the laboratory level demonstration of the key concepts of the system. —————————— P: I w końcu pytanie na które wszyscy czekali: ile w tym interesie można zarobić? O: Trudno powiedzieć, ale im więcej się nauczysz i im lepsze zdobędziesz wykształcenie, tym więcej będziesz wart (w pieniążkach). Jeżeli chcesz być konstruktorem, inżynierem, projektantem itd. trzeba skończyć odpowiednią szkołę (uczelnię). Jeżeli chcesz zostać (doświadczonym) instalatorem systemów może wystarczyć kurs lub przeszkolenie. Na świecie chętni mają do wyboru ogromne ilości kursów (sieciowych,światłowodowych), w Polsce kursów jest mniej ale jeżeli zadzwonisz do kilku firm zajmujących się komputerami, sieciami czyświatłowodami – masz szansę znaleźć coś interesującego.

11.1. Przedstawione opracowanie zawiera wyłącznie opinie autora, niekoniecznie zgodne z opiniami jego pracodawcy.

W prezentowanej formie artykuł nie zawierażadnych gwarancji. Wprawdzie dołożono wszelkich starań aby zweryfikować prezentowane informacje, jednak autor nie ponosiżadnej odpowiedzialności za błędy, braki lub straty wynikłe ze stosowania przedstawionych informacji.

Jakie właściwości posiada szkło krzemowe?

Szkło krzemowe, zwane również kwarcowym lub krzemionkowym, to rodzaj najwyższej jakości szkła wykonanego prawie wyłącznie z czystej krzemionki. Ditlenek krzemu (SiO 2 ) stanowi aż 99,9% masy surowca i determinuje walory użytkowe materiału.

Jak powstaje szkło krzemionkowe?

Surowcem wyjściowym do produkcji szkła krzemowego są wysokiej jakości kryształy górskie. Podstawowa metoda wyrobu polega na topieniu kwarcu w warunkach próżni lub atmosfery obojętnej w temperaturze ok. 2000°C. Proces przeprowadza się w piecu elektrycznym lub płomieniowym, a stopiony materiał jest następnie powoli schładzany.

Alternatywnie szkło krzemionkowe można również otrzymać za pomocą stapiania drobnoziarnistego piasku kwarcowego. Wskutek uwięzienia mikroskopijnych pęcherzyków powietrza produkt charakteryzuje się jednak efektem opalizacji.

Najwyższej jakości szkło kwarcowe oznaczane symbolem JGS-1 wytwarza się obecnie z syntetycznej krzemionki (SiCl 4 ). Poddana działaniu płomienia tlenowo – wodorowego stapia się ona w surowiec o wyjątkowej czystości. Produkt jest wolny od pęcherzyków oraz inkluzji i gwarantuje optymalne parametry optyczne.

Fizyczne i chemiczne właściwości szkła krzemowego

Szkło krzemowe charakteryzuje się niskim współczynnikiem rozszerzalności cieplnej. Oznacza to, że jest odporne na szok termiczny. Ogrzane do bardzo wysokich temperatur (nawet 1100°C) nie pęknie nawet pod wpływem nagłego ochłodzenia w wodzie.

Istotne atuty użytkowe szkła kwarcowego to również:

doskonała przejrzystość;

minimalne przewodnictwo ciepła i elektryczności;

wysoka przepuszczalność promieniowania UV oraz IR;

relatywnie wysoka wytrzymałość na ściskanie oraz rozciąganie.

Na uwagę zasługują też wyjątkowe właściwości chemiczne szkła krzemowego. Jest ono odporne na działanie wody oraz kwasów (z wyjątkiem kwasu fluorowodorowego). Mankamentem materiału jest natomiast niska odporność na działanie alkaliów.

Czym szkło krzemowe różni się od innych rodzajów szkła?

W porównaniu z innymi typami szkła wykorzystywanymi w przemyśle (np. szkłem typu float lub szkłem technicznym) szkło kwarcowe odznacza się wyjątkową przejrzystością, trwałością i przepuszczalnością dla promieni ultrafioletowych oraz podczerwonych. Ta ostatnia właściwość wiąże się z niską absorpcją promieniowania elektromagnetycznego.

Chemiczna wytrzymałość i wysoka temperatura transformacji sprawiają, że szkło krzemowe sprawdza się w bardzo specyficznych zastosowaniach naukowych i industrialnych. Mimo stosunkowo wysokiej ceny jest więc surowcem praktycznie nie do zastąpienia w wielu gałęziach produkcji.

Szkło kwarcowe – najważniejsze zastosowania

Szkło krzemowe jest szeroko wykorzystywane w optyce, zwłaszcza fotometrii oraz spektroskopii. Produkuje się z niego sprzęt pomiarowy, naświetlarki, promienniki UV, soczewki optyczne, szkiełka mikroskopowe i wzierne, a także soczewki laserowe oraz pryzmaty lustra. Popularnym zastosowaniem komercyjnym są również solaria, w których poziom przepuszczalności promieniowania ultrafioletowego jest szczególnie istotny.

Ze względu na wysoką odporność fizyczną i chemiczną szkło krzemionkowe znajduje zastosowanie w wyrobie naczyń laboratoryjnych takich jak tygle, zlewki, parownice, wanienki do wyżarzania czy łódeczki do spalań. Jest również niezastąpione jako wysokiej jakości szkiełko zegarkowe oraz surowiec do wyrobu żaroodpornych płytek ceramicznych.

Ze szkła kwarcowego produkuje się także rdzenie światłowodów telekomunikacyjnych. O wysokiej przydatności w tym kontekście decydują parametry przeźroczystości oraz niskiej dyspersji.

Inne perspektywiczne pola zastosowań szkła krzemowego obejmują produkcję półprzewodników, przemysł oświetleniowy, elektronikę oraz fotografię. Po poddaniu metalizacji może być ono wykorzystane również do wyrobu precyzyjnych obwodów mikrofalowych.

Wybór optymalnego szkła krzemowego

Szkło kwarcowe klasyfikowane jest w zależności od stopnia czystości, który wpływa na końcowe cechy produktu. W optyce preferuje się wykorzystanie najwyższej jakości szkła JGS-1 powstałego z syntetycznej krzemionki. Klasy jakości JGS-2 i JGS-3 wiążą się z odpowiednio niższymi parametrami użytkowymi.

Dla każdego przemysłowego zastosowania wskazane jest więc wybranie szkła krzemowego, które łączy wymogi jakościowe z ekonomiczną racjonalnością. Uniwersalnie standardy kategoryzacji materiału ułatwiają podjęcie optymalnej decyzji.

SZKŁO

SZKŁO – historia szklanych paciorków

Szkło znane jest ludzkości od niepamiętnych czasów. Dziś służy do produkcji m.in. szyb, opakowań szklanych, sprzętu laboratoryjnego czy światłowodów i waty szklanej.

Jedną z relacji powstania szkła, znamy z przekazu rzymskiego historyka Pliniusza Starszego (23 p.n.e. – 79 n.e.) – autora szczególnie poczytnej starożytnej encyklopedii – Historii Naturalnej (Naturalis Historia) – według którego feniccy żeglarze płynący z ładunkiem kamiennego natronu (węglanu sodu), używanego do mumifikowania zwłok, rozpalili wieczorem ognisko na piaszczystej, nadmorskiej plaży u stóp pojawiającej się wielokrotnie na kartach Biblii góry Karmel. Nie mając na czym położyć naczynia, w którym chcieli uważyć wieczorną strawę, sięgnęli po kamienie przewożone na statku. Rano znaleźli błyszczące szklane paciorki, powstałe w wyniku reakcji piasku z minerałami zawartymi w skale. Tak powstał nieznany im wcześniej materiał – szkło.

Choć historia ta brzmi prawdopodobnie wiadome jest, że sztuka wyrobu szkła była znana człowiekowi znacznie wcześniej niż odkryli ją Fenicjanie – archeolodzy ustalili, że zaczęto produkować je najpierw w starożytnej Mezopotamii około 3,5 tys. lat p.n.e. Pierwszymi surowcami jakie wykorzystywano do jego produkcji były podgrzany piasek oraz popiół – materiał był matowy i brak mu było przejrzystości. Współcześnie wiadomo, że historia opowiadana przez historyka Starszego miała swoje uzasadnienie: gdy badano brzegi rzeki Belus okazało się, że

w nadrzecznym piasku znajdują się małe ilości wapnia i sody, dzięki którym w połączeniu ze stopionymi minerałami uzyskano szkło.

Jak powstaje szkło?

Masa szklana powstaje z połączenia piasku kwarcowego, węglanu sodu i węglanu wapnia, topników: tlenek boru i tlenek ołowiu rozpuszczonych do płynnej postaci w bardzo wysokiej (ok.1500 °C) temperaturze. Aby uzyskać szkło odpowiedniego koloru do masy szklanej dodaje się jeszcze minerały zawierające tlenki różnych metali. I tak:

• szkło zielone zawiera związki żelaza(II) i chromu(III),

• szkło niebieskie zawiera związki kobaltu(II),

• szkło fioletowe zawiera związki manganu(VII),

• szkło żółte zawiera związki kadmu i siarki,

• szkło czerwone zawiera związki selenu, związki miedzi(I),

• szkło bezbarwne – do piasku dodaje się utleniaczy (np. azotan(V)sodu) oraz związków o barwie dopełniającej (fizyczne odbarwienie szkła),

• szkło czarne zawiera związki manganu lub kobaltu,

• szkło „kryształ” zawiera związki ołowiu,

• szkło żaroodporne zawiera związki glinu.

Odpowiednio uformowana masa szklana po wystudzeniu zastyga w pożądaną trwałą formułę.

Szkło i odpad

Szkło nie tylko stanowi idealny materiał do przechowywania i pakowania produktów spożywczych, gdyż jest prawie obojętne chemicznie i nie wchodzi w reakcje z przechowywanymi w nim substancjami, ale również huty szkła są jednymi z nielicznych zakładów produkcyjnych, które praktycznie nie produkują odpadów produkcyjnych. Odrzucone podczas kontroli jakości wyroby stają się w postaci stłuczki szklanej surowcem wykorzystywanym w procesie produkcji nowego asortymentu.

Co kilkanaście lat pojawiają się nadal ważne wynalazki, które usprawniają proces produkcji szkła, ale zasadniczo jednak go nie odmieniają. Coraz większe znaczenie ma natomiast różnica między szkłem przemysłowym, produkowanym masowo w oparciu o najnowsze techniki a szkłem artystycznym, które im bardziej tradycyjnie powstaje, tym jest bardziej cenione.

Źródło: Huta Szkła Zawiercie, Centrum Dziedzictwa Szkła w Krośnie

K. Przezdziecka, Z. Węglowski, Krzemowe rodzeństwo – szkło i ceramika, Warszawa: WSiP 1987

Łącza optyczne w elektrowniach słonecznych i wiatrowych

Transmisja optyczna w rozległych systemach sterowania i nadzoru

Rys. 5. W systemie e-kopalnia firmy Famur głównym medium transmisyjnym są światłowody

Na przykładzie przemysłu wydobycia i przetwórstwa ropy naftowej, energetyki oraz transportu przedstawiono poniżej, gdzie w rozległych systemach sterowania wykorzystuje się komunikację światłowodową. Ze względu na specyfikę pierwszej branży medium to jest używane do budowy łączy transmisyjnych na prawie wszystkich etapach produkcji, tzn. na platformach wiertniczych, w systemach transportu i w zakładach przetwarzania surowców.

Na etapie wydobycia z powodu dużego zagrożenia wybuchem światłowody są wykorzystywane powszechnie. Za ich pośrednictwem do centralnego systemu SCADA przesyłane są wyniki pomiarów wielkości kluczowych dla przebiegu tego procesu (temperatury, ciśnienia, parametrów przepływu) oraz dane z elementów wyposażenia platformy (pomp, głowicy odwiertu, separatorów trójfazowych rozdzielających ropę, gaz, wodę oraz piasek, generatorów, sprężarek oraz systemów zabezpieczeń).

Na tej podstawie operatorzy systemu sterują pracą wiertła oraz zaworów pomp i separatorów, wstrzymując wydobycie w razie zagrożenia wybuchem. W przypadku platform morskich dodatkowym elementem wyposażenia są systemy użytkowe (klimatyzacja, oświetlenie, ogrzewanie, dystrybucja mediów, telewizja przemysłowa) umożliwiające normalne codzienne funkcjonowanie jej pracownikom.

Ze względu na konieczność zachowania wysokich standardów bezpieczeństwa, również w systemach zarządzania tymi instalacjami jako medium transmisyjne używa się prawie wyłącznie światłowodów.

Światłowody w transporcie i przetwórstwie ropy naftowej

Ponieważ rurociągi mogą mieć długość setek kilometrów, nierzadko przekraczając granice państw, a ograniczenie zagrożenia wybuchu, pożaru, wycieku lub ingerencji osób trzecich jest priorytetem w sieciach przewodowych łączących czujniki nadzorujące ich pracę, prawie zawsze używane są światłowody.

Łączność z wykorzystaniem tego typu sieci preferowana jest też na etapie magazynowania ropy naft owej. W tym wypadku światłowody są wykorzystywane do transmisji danych z sensorów monitorujących poziom napełnienia zbiorników oraz ciśnienie i temperaturę zgromadzonych w nich surowców.

Na tej podstawie m.in. steruje się pracą pomp, by zapobiec przepełnieniu, można też wykryć wyciek. Dla zastosowania światłowodów w rafineriach istotna jest z kolei także duża szybkość transmisji.

W zakładach tych niesprawność pojedynczego elementu systemu może powodować kosztowne wstrzymanie całej produkcji, dlatego tak ważna jest możliwość przesyłu i przetwarzania danych z licznych czujników i systemów nadzoru w czasie rzeczywistym.

Mariusz Pajkowski LappKabel Jakie są zalety światłowodów? Co zmienia się w ich technologiach? Jesteśmy producentem działającym głównie na rynkach przemysłowych od wielu lat dostarcza klientom światłowody plastikowe POF. Głównymi ich zaletami, poza wymienionymi w artykule, są: wysoka giętkość i, w zależności od rodzaju płaszcza zewnętrznego, odporność na środki chemiczne. Właśnie w tę stronę idzie rozwój światłowodów plastikowych. Budowa samego włókna jest ustandaryzowana, a postęp technologiczny widoczny jest w budowie płaszcza. Dla porównania: przewód światłowodowy dla producenta obrabiarek do metalu musi być odporny na gorący olej, uszkodzenia mechaniczne i ekstremalnie giętki. Natomiast dla producenta maszyn rozlewniczych istotna jest odporność na wilgoć i środki myjące. Za oczekiwaniami klientów idą producenci. Czego wymagają klienci kupujący światłowody od ich dostawców? Zauważyliśmy, że klienci przemysłowi – działy utrzymanie ruchu, zazwyczaj oczekują dostawy światłowodu razem z usługą montażu. Dla światłowodów szklanych jest to niemal 100% wszystkich zamówień. Dlatego “szkło” LappKabel dostarcza praktycznie tylko do firm świadczących takie usługi. Inaczej wygląda rynek światłowodów plastikowych. Samodzielny montaż POF jest stosunkowo łatwy, więc pojawiają się klienci indywidualni. Są to zazwyczaj producenci maszyn, w których zdecydowano się na sterowanie oparte na światłowodach, a także automatycy utrzymania ruchu. Należy również podkreślić wyraźny spadek cen urządzeń sieciowych, co sprawiło, że technologia POF stała się realną konkurencją dla tradycyjnych połączeń miedzianych.

Światłowody w kopalni, transporcie i infrastrukturze

Rys. 6. Światłowody jako medium transmisyjne w instalacji elektrowni słonecznej

Przykładem innego środowiska, w których wykorzystanie miedzianych sieci komunikacyjnych jest utrudnione, są kopalnie. W systemach sterowania w tym wypadku również często używane są światłowody. Przykładem jest e-kopalnia firmy Famur.

Jest to nadrzędny system zarządzania eksploatacją węgla od przodka ścianowego na powierzchnię kopalni. Składa się on z kompatybilnych i zintegrowanych ze sobą maszyn i urządzeń oraz spajającej całość podziemnej infrastruktury informatycznej stanowiącej system sterowania wszystkimi procesami (rys. 5).

Światłowody ze względu na swoje zalety są też instalowane w sieciach przebiegających na przykład w tunelach drogowych i kolejowych, na mostach oraz wzdłuż autostrad i w komponentach sygnalizacji świetlnej.

Oprócz tego są wykorzystywane w samolotach – na przykład w systemach informacji pasażerskiej – głównie dlatego, że są lekkie. Ponadto łącza światłowodowe używane są też w pociągach, zarówno do realizacji łączności między centralnym systemem sterowania w lokomotywie i czujnikami zamontowanymi w wagonach, jak również w systemach monitoringu oraz informacji pasażerskiej.

W tym zastosowaniu decydująca jest odporność tego medium na zaburzenia elektromagnetyczne, ponieważ w pociągach znajduje się wiele urządzeń elektroenergetycznych będących ich źródłem.

Czujniki światłowodowe Światłowody, poza wykorzystaniem do transmisji danych, używane są także jako czujniki do pomiaru różnych wielkości fizycznych – m.in. temperatury, ciśnienia, naprężeń, odkształceń, położenia, odległości i wibracji. W drugiej części artykułu przedstawimy klasyfikację, charakterystykę wybranych typów oraz przykłady zastosowania sensorów światłowodowych.

Łącza optyczne w elektrowniach słonecznych i wiatrowych

Światłowody są też coraz powszechniej używane w energetyce odnawialnej – na przykład w elektrowniach słonecznych. W tym zastosowaniu są wykorzystywane do zapewnienia łączności między poszczególnymi elementami tych instalacji i urządzeniami sterującymi (rys. 6), a także w systemach automatyki podstacji, z których energia elektryczna generowana w panelach słonecznych przekazywana jest do sieci publicznej.

Kluczowe w tym przypadku jest to, że światłowody zapewniają niezawodną transmisję na dużych odległościach oraz izolację galwaniczną. To pierwsze umożliwia sterowanie ustawieniem paneli rozmieszczonych na rozległym terenie na podstawie danych z centralnego systemu śledzącego położenie słońca.

Z kolei dzięki izolacji poszczególne komponenty systemu są zabezpieczone przed przepięciami i przeciążeniami. O przydatności światłowodów w elektrowniach wiatrowych decyduje z kolei głównie ich wytrzymałość na trudne warunki.

W ramach turbin instalowane są bowiem liczne czujniki (monitorujące pracę łopatek, mierzące wibracje, temperaturę pozwalającą określić stopień oblodzenia łopatek oraz prędkość i kierunek wiatru), a okablowanie używane do przesyłu wyników pomiarów do centralnego systemu sterowania nieustannie jest narażone na ekstremalne warunki – wysokie lub skrajnie niskie temperatury, deszcz, śnieg oraz wyładowania atmosferyczne.

Elementy turbiny są też źródłem zaburzeń elektromagnetycznych. Ponadto, ze względu na brak miejsca, okablowanie często jest prowadzone w pobliżu przewodów zasilających. Światłowody wykorzystuje się też dlatego, że nie wymagają częstej konserwacji. Jest to istotne, ponieważ dostęp do elektrowni wiatrowych ze względu na wysokość i lokalizację, zwłaszcza w przypadku instalacji morskich, jest często utrudniony.

Monika Jaworowska

Światłowód

Światłowód

Partnerzy: Ford Fiesta

Światłowód jest przezroczystym włóknem (szklanym lub wykonanym ze sztucznych tworzyw), w którym odbywa się przemieszczanie światła.

Światłowody nie mają sobie równych pod względem szybkości i jakości przepływu informacji. Transmisja światła nie reaguje na zakłócające pola elektromagnetyczne. Kolejnym powodem stosowania optycznej transmisji sygnału jest wykorzystywanie bardzo szerokiego pasma, nadającego się szczególnie do telefonii, transmisji danych oraz sygnałów telewizyjnych w formie cyfrowej. Do transmisji danych poprzez światłowód zamiast prądu elektrycznego wykorzystuje się odpowiednio modulowaną wiązkę światła. To rozwiązanie zapewnia większe pasmo przenoszenia oraz większe odległości na jakie sygnał można transmitować bez potrzeby dodatkowego wzmacniania.

Światłowód składa się ze specjalnego rodzaju szkła kwarcowego. Jego centralną częścią jest rdzeń, okrywający płaszcz oraz warstwa ochronna. Czasem rdzeń składa się z wielu włókien. Światłowód działa na zasadzie użycia dwóch materiałów przewodzących światło mających różne współczynniki załamania. Promień świetlny rozprzestrzenia się cały czas w rdzeniu na skutek całkowitego wewnętrznego odbicia promienia od płaszczyzny przejścia rdzenia do płaszcza, wokół którego znajduje się izolacja ochronna. Transmisja światłowodowa polega na przekazaniu modulowanej wiązki światła za pomoc lasera lub diody LED, odbieranej przez element światłoczuły np. fotodiodę.

Historia światłowodu sięga XIX wieku. Wtedy to bowiem J. Tyndall pokazał, iż światło można przenosić za pomocą zakrzywionego strumienia wodnego (1854 r.). W 1880 r. A. G. Bell wynalazł fotofon, służący do przesyłania dźwięku w postaci zmian strumienia światła poprzez odbicie od pobudzanego dźwiękiem lustra. 15 lat później H. Saint-Rene przedstawił pierwszy pomysł na obrazowód, czyli system zagiętych szklanych rurek, które służyły do przesyłania obrazu. Za pioniera obrazowodu uznaje się H. Lamma, któremu w 1930 r. udało się wykorzystać strukturę przezroczystych rurek do przenoszenia obrazu. W 1970 r. zespół badaczy R. Maurer’a, D. Keck’a i P. Schultz’a wynalazł światłowód zdolny do przenoszenia większej ilości informacji niż drut miedziany. Wtedy też wzrosło zainteresowanie światłowodami i pomyślano o wykorzystaniu ich w celach komercyjnych.

Światłowody podzielone są na jednomodowe i wielomodowe o współczynniku skokowym lub gradientowym (ilość przesyłanych modów, czyli fal), a także na wewnętrzne i zewnętrzne. W usługach telekomunikacyjnych stosuje się światłowód włóknisty, wykonany przeważnie ze szkła krzemionkowego lub z innych szkieł bądź z piasku. Na krótkich odległościach stosuje się światłowody plastikowe.

Światłowody wykorzystuje się w łączach telefonicznych, łączności terenowej, rozgłośniach radiowych, telewizji kablowej, pociskach sterowanych światłem, komputerach (transmisja danych w postaci cyfrowej), lokalnych sieciach komputerowych, wewnętrznym przekazywaniu danych, telekomunikacyjnej sieci kolejowej, okablowaniu samolotów i statków (zmniejszenie ryzyka pożaru), zdalnej kontroli i ostrzeganiu (duża odporność na zakłócenia elektromagnetyczne, mała podatność na zniszczenie).

Zintegrowana Platforma Edukacyjna

Czy wiesz, że piasek na plaży, naszyjnik z ametystów, szklany wazonik czy światłowody mają ze sobą wiele wspólnego? Łączy je jeden z najpospolitszych związków chemicznych na Ziemi – tlenek krzemu(IV). Jaką drogę musi przebyć piasek, zanim przemieni się w wiele użytecznych przedmiotów?

Już wiesz że tlenek krzemu(IV) ma wzór sumaryczny SiO 2 ;

wyróżnia się tlenki kwasowe, zasadowe i obojętne;

że położenie pierwiastka chemicznego w układzie okresowym zależy od budowy jego atomu;

że większość pierwiastków chemicznych występujących w przyrodzie to mieszaniny izotopów.

Nauczysz się badać i opisywać właściwości fizyczne i chemiczne tlenku krzemu(IV);

wymieniać występujące w przyrodzie odmiany SiO 2 i określać ich zastosowanie;

wyjaśniać, dlaczego szkła kwarcowego używa się do produkcji tygli laboratoryjnych i lamp stosowanych w medycynie do leczenia m.in. chorób skóry (głównie łuszczycy i trądziku);

uzasadniać sposób przechowywania kwasu fluorowodorowego.

iWebXdSiXt_d5e184

1. Występowanie tlenku krzemu(IV) w przyrodzie

Najbardziej zewnętrzna i najlepiej poznana warstwa skalna Ziemi to skorupa ziemska. Tylko 11 pierwiastków występuje w niej w ilości większej niż 0,1%, co stanowi aż 99,895% masy tej części kuli ziemskiej.

RLCMXgjOGAAIS 1 Film rozpoczyna ujęcie przedstawiające komputerowy model układu słonecznego. Kamera zbliża się do Ziemi, pokazując ją obracającą się wokół własnej osi, oświetloną przez Słońce z lewej strony. Następuje niewielkie oddalenie i przeniesienie widoku bardziej nad biegun północny. Model zamienia się w rysunek przedstawiający w tym rzucie Ziemię w wydrążonym kawałkiem, prezentującym warstwy planety: cienką czarną skorupę, czerwony płaszcz, złote jądro zewnętrzne i żółte jądro wewnętrzne. Następuje zmiana ujęcia, wycinek Ziemi w postaci ćwiartki kuli z wyraźnie rozdzielonymi warstwami przesuwa się na lewo, a po prawej stronie pojawiają się dane liczbowe i opisowe. I tak Skorupa ma grubość od 6 do 40 kilometrów i składa się ze skał krzemianowych, Płaszcz ma grubość 2800 kilometrów i składa się głównie ze skał krzemianowych, Jądro zewnętrzne ma grubość 2300 kilometrów i składa się z płynnego żelaza i niklu, a Jądro wewnętrzne o grubości 1200 kilometrów to żelazo i nikiel w stanie stałym. Następuje zmiana ujęcia, po lewej stronie pojawia się wykres kołowo tortowy prezentujący skład skorupy ziemskiej, a po prawej stronie legenda tego wykresu. Wynika z niej, że skorupa to 46,10 procent tlenu, 28,20 procent krzemu, 8,23 procent glinu, 5,63 procent żelaza, 4,15 procent wapnia, 2,36 procent sodu, 2,33 procent magnezu, 2,09 procent potasu oraz 0,91 procent reszty pierwiastków. Następuje wyróżnienie paska i fragmentu wykresu o kolorze czerwonym przyporządkowanych krzemowi. Następuje zmiana ujęcia. W lewym górnym rogu ekranu pojawia się zdjęcie czystego kryształu krzemu w postaci czarnej i błyszczącej grudki. Stopniowo obok i poniżej pojawia się pięć innych zdjęć przedstawiających związki krzemu spotykane w przyrodzie. Są to kolejno: białoszary kryształ kwarcu, biała i ostro zakończona szczotka kwarcowa, brązowy cyrkon o gładkich krawędziach, żółtawy ortoklaz oraz jasny, przypominający skamieniałą gałąź anortyt. Następuje zmiana ujęcia. Po lewej stronie ekranu pojawia się zdjęcie pęczka przezroczystych włosów świecących na końcach podpisane Światłowody. Po chwili pośrodku ekranu pojawia się zdjęcie iPhone’a w wersji czarnej podpisane Telefon komórkowy, a po prawej stronie zdjęcia laptopa oraz telewizora LCD, również odpowiednio podpisane. Film rozpoczyna ujęcie przedstawiające komputerowy model układu słonecznego. Kamera zbliża się do Ziemi, pokazując ją obracającą się wokół własnej osi, oświetloną przez Słońce z lewej strony. Następuje niewielkie oddalenie i przeniesienie widoku bardziej nad biegun północny. Model zamienia się w rysunek przedstawiający w tym rzucie Ziemię w wydrążonym kawałkiem, prezentującym warstwy planety: cienką czarną skorupę, czerwony płaszcz, złote jądro zewnętrzne i żółte jądro wewnętrzne. Następuje zmiana ujęcia, wycinek Ziemi w postaci ćwiartki kuli z wyraźnie rozdzielonymi warstwami przesuwa się na lewo, a po prawej stronie pojawiają się dane liczbowe i opisowe. I tak Skorupa ma grubość od 6 do 40 kilometrów i składa się ze skał krzemianowych, Płaszcz ma grubość 2800 kilometrów i składa się głównie ze skał krzemianowych, Jądro zewnętrzne ma grubość 2300 kilometrów i składa się z płynnego żelaza i niklu, a Jądro wewnętrzne o grubości 1200 kilometrów to żelazo i nikiel w stanie stałym. Następuje zmiana ujęcia, po lewej stronie pojawia się wykres kołowo tortowy prezentujący skład skorupy ziemskiej, a po prawej stronie legenda tego wykresu. Wynika z niej, że skorupa to 46,10 procent tlenu, 28,20 procent krzemu, 8,23 procent glinu, 5,63 procent żelaza, 4,15 procent wapnia, 2,36 procent sodu, 2,33 procent magnezu, 2,09 procent potasu oraz 0,91 procent reszty pierwiastków. Następuje wyróżnienie paska i fragmentu wykresu o kolorze czerwonym przyporządkowanych krzemowi. Następuje zmiana ujęcia. W lewym górnym rogu ekranu pojawia się zdjęcie czystego kryształu krzemu w postaci czarnej i błyszczącej grudki. Stopniowo obok i poniżej pojawia się pięć innych zdjęć przedstawiających związki krzemu spotykane w przyrodzie. Są to kolejno: białoszary kryształ kwarcu, biała i ostro zakończona szczotka kwarcowa, brązowy cyrkon o gładkich krawędziach, żółtawy ortoklaz oraz jasny, przypominający skamieniałą gałąź anortyt. Następuje zmiana ujęcia. Po lewej stronie ekranu pojawia się zdjęcie pęczka przezroczystych włosów świecących na końcach podpisane Światłowody. Po chwili pośrodku ekranu pojawia się zdjęcie iPhone’a w wersji czarnej podpisane Telefon komórkowy, a po prawej stronie zdjęcia laptopa oraz telewizora LCD, również odpowiednio podpisane. Źródło: Marcin Sadomski, Enricoros (http://commons.wikimedia.org), Rob Lavinsky(http://commons.wikimedia.org), Mauro Cateb (http://commons.wikimedia.org), Zach Vega (http://commons.wikimedia.org), Didier Descouens (http://commons.wikimedia.org), Manfred Mader (http://commons.wikimedia.org), ClkerFreeVectorImages (http://pixabay.com), BigRiz (http://commons.wikimedia.org), Piotr Sosnowski (http://commons.wikimedia.org), Kevin MacLeod (http://incompetech.com), Krzysztof Jaworski, Tomorrow Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0. Film dostępny na portalu epodreczniki.pl Źródło: Marcin Sadomski, Enricoros (http://commons.wikimedia.org), Rob Lavinsky(http://commons.wikimedia.org), Mauro Cateb (http://commons.wikimedia.org), Zach Vega (http://commons.wikimedia.org), Didier Descouens (http://commons.wikimedia.org), Manfred Mader (http://commons.wikimedia.org), ClkerFreeVectorImages (http://pixabay.com), BigRiz (http://commons.wikimedia.org), Piotr Sosnowski (http://commons.wikimedia.org), Kevin MacLeod (http://incompetech.com), Krzysztof Jaworski, Tomorrow Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0. Film rozpoczyna ujęcie przedstawiające komputerowy model układu słonecznego. Kamera zbliża się do Ziemi, pokazując ją obracającą się wokół własnej osi, oświetloną przez Słońce z lewej strony. Następuje niewielkie oddalenie i przeniesienie widoku bardziej nad biegun północny. Model zamienia się w rysunek przedstawiający w tym rzucie Ziemię w wydrążonym kawałkiem, prezentującym warstwy planety: cienką czarną skorupę, czerwony płaszcz, złote jądro zewnętrzne i żółte jądro wewnętrzne. Następuje zmiana ujęcia, wycinek Ziemi w postaci ćwiartki kuli z wyraźnie rozdzielonymi warstwami przesuwa się na lewo, a po prawej stronie pojawiają się dane liczbowe i opisowe. I tak Skorupa ma grubość od 6 do 40 kilometrów i składa się ze skał krzemianowych, Płaszcz ma grubość 2800 kilometrów i składa się głównie ze skał krzemianowych, Jądro zewnętrzne ma grubość 2300 kilometrów i składa się z płynnego żelaza i niklu, a Jądro wewnętrzne o grubości 1200 kilometrów to żelazo i nikiel w stanie stałym. Następuje zmiana ujęcia, po lewej stronie pojawia się wykres kołowo tortowy prezentujący skład skorupy ziemskiej, a po prawej stronie legenda tego wykresu. Wynika z niej, że skorupa to 46,10 procent tlenu, 28,20 procent krzemu, 8,23 procent glinu, 5,63 procent żelaza, 4,15 procent wapnia, 2,36 procent sodu, 2,33 procent magnezu, 2,09 procent potasu oraz 0,91 procent reszty pierwiastków. Następuje wyróżnienie paska i fragmentu wykresu o kolorze czerwonym przyporządkowanych krzemowi. Następuje zmiana ujęcia. W lewym górnym rogu ekranu pojawia się zdjęcie czystego kryształu krzemu w postaci czarnej i błyszczącej grudki. Stopniowo obok i poniżej pojawia się pięć innych zdjęć przedstawiających związki krzemu spotykane w przyrodzie. Są to kolejno: białoszary kryształ kwarcu, biała i ostro zakończona szczotka kwarcowa, brązowy cyrkon o gładkich krawędziach, żółtawy ortoklaz oraz jasny, przypominający skamieniałą gałąź anortyt. Następuje zmiana ujęcia. Po lewej stronie ekranu pojawia się zdjęcie pęczka przezroczystych włosów świecących na końcach podpisane Światłowody. Po chwili pośrodku ekranu pojawia się zdjęcie iPhone’a w wersji czarnej podpisane Telefon komórkowy, a po prawej stronie zdjęcia laptopa oraz telewizora LCD, również odpowiednio podpisane.

Drugim po tlenie najbardziej rozpowszechnionym pierwiastkiem w skorupie ziemskiej jest krzem, a tlenek krzemu(IV), zwany zwyczajowo krzemionką, jest równie powszechny jak woda. KrzemionkakrzemionkaKrzemionka to podstawowy składnik piasku, skałskałaskał i gleb. W przyrodzie spotykamy ją zarówno w postaci krystalicznej, o uporządkowanej strukturze wewnętrznej (jako kwarc, trydymit i krystobalit), jak i w formie bezpostaciowej, czyli amorficznej (w przypadku np. agatów, opali, jaspisu, onyksu, ziemi okrzemkowej). Odmiany te charakteryzują się brakiem uporządkowanej struktury wewnętrznej.

RmYKwiM15VPEx 1 Ilustracja przedstawia diagram drzewiasty występowania w przyrodzie tlenku krzemu. W górnej części rozpoczyna go pole z napisem Krzemionka, od którego prowadzą dwie strzałki do pól opisanych jako Odmiany bezpostaciowe oraz Odmiany krystaliczne. Obydwa te pola ilustrowane są rysunkami prezentującymi nieregularne budowy atomowe związków bezpostaciowych i regularne struktury kryształów. Od pola Odmiany krystaliczne odchodzą kolejne trzy strzałki do pól opisanych jako Krystobalit (białoszare kuleczki zatopione w czarnej skale), Trydymit (bardzo płaskie, białe kryształki o nieco trójkątnym kształcie, lecz w rzeczywistości sześcioboczny) i Kwarc (przezroczyste kryształy słupkowe wystające ze wspólnej podstawy). Ostatnia odmiana dzieli się dodatkowo na bezbarwne, ilustrowane zdjęciem kryształów prawie zupełnie przezroczystych oraz barwne, gdzie na zdjęciu pokazano kryształy o barwie fioletowej. Źródło: UCL Mathematical and Physical Sciences (https://www.flickr.com), Rob Lavinsky (http://commons.wikimedia.org), Fred Kruijen (http://commons.wikimedia.org), JJ Harrison (http://commons.wikimedia.org), Didier Descouens (https://commons.wikimedia.org), Jdrewitt (http://commons.wikimedia.org), Wimmel (http://commons.wikimedia.org), Krzysztof Jaworski, Grażyna Makles, licencja: CC BY-SA 3.0.

Kryształy kwarcu niezależnie od postaci, w jakiej występują, zachwycają swoją barwą. Dlatego znajdują zastosowanie jako kamienie ozdobne i jubilerskie. Bezbarwna odmiana kwarcu zwana jest kryształem górskim (od greckiego krystallos – dawniej oznaczającego lód). Zabarwione odmiany krystaliczne to np.: przezroczysty ametyst (którego fioletową barwę wywołuje domieszka żelaza), ciemnobrunatny kwarc, tzw. dymny, żółty cytryn, kwarc różowy (który swoją barwę zawdzięcza domieszkom tytanu i manganu).

Agat jest wyjątkowo oryginalnym minerałem – nie ma na świecie dwóch identycznych okazów. To jeden z najładniejszych i najciekawszych kamieni. Główną jego ozdobą są przepiękne, naprzemianległe, różnobarwne warstewki. Opal to kamień, który przyciąga uwagę piękną grą barw. Nazwa onyks, z greckiego pazur, nawiązuje do twardości, wyglądu i ostrych krawędzi tego minerału. Jaspis dzięki związkom żelaza może być zabarwiony na kolor czerwony, brązowy, żółty lub zielony.

Przejdź do poprzedniej ilustracji Przejdź do następnej ilustracji RjlHt1TX77wpw 1 Zdjęcie przedstawia przezroczysty kryształ górski, mleczny w środku z wyraźnie sterczącymi na wszystkie strony przezroczystymi słupkami. Źródło: Didier Descouens (https://commons.wikimedia.org), licencja: CC BY-SA 3.0. RFLhcD58iVYmA 1 Zdjęcie przedstawia czaszkę wykonaną z kryształu górskiego, której pochodzenie niektórzy przypisują prekolumbijskim ludom Ameryki Południowej. Jednak najnowsze badania wykazują ich europejskie pochodzenie i wiek nie przekraczający 300 lat. Źródło: Rafał Chałgasiewicz (http://commons.wikimedia.org), licencja: CC BY 3.0. Rvwvhd1WMqlQM 1 Zdjęcie przedstawia czaszkę wykonaną z kryształu górskiego, której pochodzenie niektórzy przypisują prekolumbijskim ludom Ameryki Południowej. Jednak najnowsze badania wykazują ich europejskie pochodzenie i wiek nie przekraczający 300 lat. Źródło: JJ Harrison (http://commons.wikimedia.org), licencja: CC BY-SA 3.0. R1NUlDmI2UFkc 1 Zdjęcie przedstawia portret profilowy rzymskiego cesarza Karakalli wykonany z ametystu zeszlifowanego do postaci gemmy, czyli owalnej płytki ozdobionej reliefem. Źródło: Marie-Lan Nguyen (http://commons.wikimedia.org), licencja: CC BY 2.5. R1QWiSGA5h6rW 1 Zdjęcie przedstawia brązowy kryształ kwarcu dymnego w postaci pojedynczego słupka na białej podstawie mineralnej pokrytej drobnymi białymi kryształkami. Tło białe. Źródło: JJ Harrison (http://commons.wikimedia.org), licencja: CC BY-SA 3.0. R1NU6GLQn2bCu 1 Zdjęcie przedstawia oszlifowany kwarc dymny w formie szlifu szmaragdowego, czyli prostokątnego. Kamień jest bladożółty i przejrzysty, leży na białym tle. Źródło: Mauro Cateb (http://commons.wikimedia.org), licencja: CC BY-SA 3.0. R1DLncIg5mU25 1 Zdjęcie przedstawia nieoszlifowany kamień szlachetny o nazwie cytryn. Barwa żółta, wygląda jakby do jednego kryształu w pionie przyklejono drugi na ukos. Tło zdjęcia czarne, kamień wyraźnie podświetlony z boku. Źródło: Parent Géry (http://commons.wikimedia.org), licencja: CC0. R1PsgHkjwUIC1 1 Zdjęcie przedstawia oszlifowany cytryn w formie szlifu szmaragdowego, czyli prostokątnego. Kamień jest jasnożółty i lekko przejrzysty, leży na białym tle. Źródło: Mauro Cateb (http://commons.wikimedia.org), licencja: CC BY-SA 3.0. R1N0KcTAqWVHG 1 Zdjęcie przedstawia kryształ kwarcu różowego na czarnym tle. Kryształ ma formę bryłki o nieregularnym wyglądzie, lecz wyraźnie krystaliczną. Źródło: Parent Géry (http://commons.wikimedia.org), licencja: CC BY-SA 3.0. R1TA29oiootX2 1 Zdjęcie przedstawia pięć oszlifowanych kawałków kwarcu różowego o mlecznoróżowej barwie. Trzy mają szlif szmaragdowy, czyli prostokątny, zaś dwa są nieregularnymi pięciobokami. Wszystkie kamienie leżą obok siebie na białym tle. Źródło: Mauro Cateb (http://commons.wikimedia.org), licencja: CC BY-SA 3.0. R1HbOL33GlAxm 1 Zdjęcie przedstawia agat w przekroju o widocznych warstwach czerwonych, bordowych, i białych. Zewnętrzna warstwa kamienia żółtawa. Widoczne jest jedno epicentrum warstw, z prawej strony mocno rozciągnięte, aż do krawędzi kamienia. Źródło: Hannes Grobe (http://commons.wikimedia.org), licencja: CC BY-SA 2.5. RFHGSdbepTCfg 1 Zdjęcie przedstawia agat w przekroju o widocznych warstwach czerwonych i białych. Zewnętrzna warstwa kamienia usunięta. Widoczne jedno epicentrum główne oraz kilka małych epicentrów w pobliżu dolnej krawędzi. Na kamieniu widoczne są pęknięcia. Źródło: Lech Darski (http://commons.wikimedia.org), licencja: CC BY-SA 3.0. RnrtRouelV65D 1 Zdjęcie przedstawia nieoszlifowany opal niebieski w odmianie szlachetnej, czyli opalizującej, co oznacza zmienność barw w zależności od kąta obserwacji. Źródło: Hannes Grobe (http://commons.wikimedia.org), licencja: CC BY-SA 2.5. RU0cwtVOAqeEI 1 Zdjęcie przedstawia oszlifowany opal niebieski w odmianie szlachetnej, czyli opalizującej, co oznacza zmienność barw w zależności od kąta obserwacji. Szlif owalny, kamień ma formę nieco spłaszczonej kropli. Źródło: CRPeters (http://commons.wikimedia.org), licencja: CC BY-SA 3.0. R149wlvIN5g0V 1 Zdjęcie przedstawia nieoszlifowany jaspis w zbliżeniu. W kamieniu widoczne są bordowe, żółtawe i pomarańczowe plamy oddzielone od siebie białymi cienkimi warstwami. Źródło: Tommy (http://commons.wikimedia.org), licencja: CC BY 2.0. R1AKoYIVJ6ddQ 1 Zdjęcie przedstawia oszlifowany jaspis na białym tle. Kamień jest intensywnie ceglastoczerwony, ma gładkie ścianki i widoczne czarne plamy. Lewy dolny róg wydaje się odłupany. Źródło: Doronenko (http://commons.wikimedia.org), licencja: CC BY 3.0. R1M3zExlGcmRG 1 Zdjęcie przedstawia prawie idealnie czarny, gładko oszlifowany onyks w postaci lekko wydłużonej, przypominającej kształtem fasolę lub orzech nerkowca. Lewa dolna strona kamienia biała. Źródło: Simon Eugster (http://commons.wikimedia.org), licencja: CC BY-SA 3.0. RVvBZHqXXmxQr 1 Zdjęcie przedstawia stary metalowy naszyjnik, w który wprawiono czarny, gładko oszlifowany onyks o owalnym kształcie. Źródło: shehal (http://www.flickr.com), edycja: Krzysztof Jaworski, licencja: CC BY 2.0. R8LLPfxWNqnVd 1 Zdjęcie przedstawia wysoką, kolumnową formację skalną przysypaną po bokach ziemią okrzemkową w samym środku trawiastej równiny. Zdjęcie wykonano na duńskiej wyspie Fur znanej z bogatych pokładów tego typu ziemi oraz pięknych skamielin. Źródło: Slaunger (http://commons.wikimedia.org), edycja: Krzysztof Jaworski, licencja: CC BY-SA 3.0.

iWebXdSiXt_d5e235

2. Właściwości fizyczne tlenku krzemu(IV)

Badanie właściwości fizycznych krzemionki Doświadczenie 1 Problem badawczy Jakie właściwości fizyczne wykazuje podstawowy składnik piasku? Hipoteza Tlenek krzemu(IV) to twarda, nierozpuszczalna w wodzie substancja stała, która nie przewodzi prądu elektrycznego. Co będzie potrzebne tlenek krzemu(IV) w postaci piasku kwarcowego,

woda,

zlewki,

bagietka,

kawałek szyby,

2 elektrody grafitowe,

drucik,

bateria,

żarówka. Instrukcja Niewielką ilość tlenku krzemu(IV) podziel na 3 porcje. Pierwszą z nich umieść w zlewce, nalej wodę i zawartość zamieszaj bagietką. Drugą część krzemionki wykorzystaj do sprawdzenia, czy substancja ta rysuje szkło. W tym celu przesuń piasek palcami po kawałku szyby. Trzecią porcję wprowadź do zlewki, w której należy umieścić dwie elektrody, połączone drucikiem z żarówką i z baterią, zamykając obwód elektryczny. Podsumowanie Tlenek krzemu(IV) jest substancją stałą, krystaliczną, nie rozpuszcza się w wodzie. Ze względu na dużą trwałość wiązań między krzemem i tlenem kwarc jest minerałem twardym. W 10‑stopniowej skali twardości Mohsaskala twardości Mohsaskali twardości Mohsa twardość szkła okiennego wynosi 5‑6, a kwarcu – 7. Po zamknięciu obwodu, w którym umieszczono piasek, żarówka się nie zaświeciła, czyli tlenek krzemu(IV) nie przewodzi prądu elektrycznego. R1aLdI1zlwiBG 1 Ilustracja przedstawia dziesięciostopniową skalę twardości Mohsa z przykładami dla każdego stopnia w postaci zdjęć i podpisów. Licząc od lewej są to: twardość jeden, talk. Twardość dwa, gips, Twardość trzy, kalcyt. Twardość cztery, fluoryt, Twardość pięć apatyt. Twardość sześć, ortoklaz, twardość siedem, kwarc. Twardość osiem, topaz. Twardość dziewięć, korund, Twardość dziesięć, diament. Skala twardości Mohsa R18bWfVI9DHkS 1 Film rozpoczyna komputerowa animacja przedstawiająca piaszczysty brzeg morza i fale stopniowo napływające na plażę i cofające się z niej. Następuje zbliżenie na piasek i poszczególne ziarna. Na pierwszym planie, na tle wody pojawia się komputerowy model przezroczystego ziarnka krystalicznego tlenku krzemu. Film rozpoczyna komputerowa animacja przedstawiająca piaszczysty brzeg morza i fale stopniowo napływające na plażę i cofające się z niej. Następuje zbliżenie na piasek i poszczególne ziarna. Na pierwszym planie, na tle wody pojawia się komputerowy model przezroczystego ziarnka krystalicznego tlenku krzemu. Źródło: Marcin Sadomski, Kevin MacLeod (http://incompetech.com), Krzysztof Jaworski, Tomorrow Sp. z o.o., licencja: CC BY 3.0. Film dostępny na portalu epodreczniki.pl Źródło: Marcin Sadomski, Kevin MacLeod (http://incompetech.com), Krzysztof Jaworski, Tomorrow Sp. z o.o., licencja: CC BY 3.0. Film rozpoczyna komputerowa animacja przedstawiająca piaszczysty brzeg morza i fale stopniowo napływające na plażę i cofające się z niej. Następuje zbliżenie na piasek i poszczególne ziarna. Na pierwszym planie, na tle wody pojawia się komputerowy model przezroczystego ziarnka krystalicznego tlenku krzemu.

iWebXdSiXt_d5e332

3. Właściwości chemiczne tlenku krzemu(IV)

Badanie właściwości chemicznych krzemionki 1 Doświadczenie 2 Problem badawczy Jakie właściwości chemiczne wykazuje podstawowy składnik piasku? Hipoteza Tlenek krzemu(IV) to substancja o małej aktywności chemicznej i charakterze kwasowym. Co będzie potrzebne tlenek krzemu(IV) w postaci piasku kwarcowego,

woda,

stężony roztwór wodorotlenku sodu,

stężony kwas solny,

probówki,

korki,

łapa do probówek,

palnik gazowy,

wkraplacze,

łyżka. Instrukcja Zanim przystąpisz do wykonania tego doświadczenia, załóż okulary i rękawice ochronne. Do trzech probówek wprowadź piasek kwarcowy. Do pierwszej probówki dodaj wodę, do drugiej wprowadź stężony roztwór wodorotlenku sodu, a do trzeciej – stężony kwas solny. Zatkaj probówki korkiem i zamieszaj ich zawartość. Odkorkuj probówki i ogrzewaj je w płomieniu palnika. Podsumowanie Tlenek krzemu(IV) nie reaguje z wodą ani z kwasem solnym, nawet po ogrzaniu. Roztwarza się pod wpływem wodorotlenku sodu, co można opisać równaniem reakcji: SiO 2 + 2NaOH → Na 2 SiO 3 + H 2 O Tlenek krzemu(IV) to tlenek kwasowy, o małej aktywności chemicznej. Ponadto (czego nie mieliśmy już okazji zaobserwować) analogiczne przemiany zachodzą podczas stapiania tlenku krzemu(IV) z wodorotlenkami, tlenkami zasadowymi i solami, np.: SiO 2 + Na 2 CO 3 → temp. Na 2 SiO 3 + CO 2 Nie reaguje z kwasami, za wyjątkiem kwasu fluorowodorowego: SiO 2 + 4HF → SiF 4 + 2H 2 O Nie rozkłada się pod wpływem wysokiej temperatury, ale może wówczas reagować z nielicznymi pierwiastkami, np.: węglem SiO 2 + 2C → temp. Si + 2CO magnezem SiO 2 + 2Mg → temp. Si + 2MgO Te reakcje chemiczne wykorzystuje się do otrzymywania krzemu.

RDb9yHnQpNqDf 1 Film, na którym w laboratorium pojawia się chemik ubrany w fartuch i okulary oraz rękawice. Zerka na instrukcję z napisem: BADANIE WŁAŚCIWOŚCI CHEMICZNYCH TLENKU KRZEMU(IV). Na ekranie prezentowne są kolejno: probówki, korki, palnik, wkraplacz, zlewka z wodą, zlewka ze stężonym roztworem NaOH, zlewka ze stężonym kwasem solnym, zlewka z piaskiem kwarcowym i łyżka. Chemik wprowadza do 3 probówek piasek kwarcowy. Następnie do pierwszej probówki dodaje wodę, do drugiej za pomocą wkraplacza r-r NaOH, a do trzeciej r-r HCl (też za pomocą wkraplacza). Probówki zamyka korkiem i miesza ich zawartość. Następnie probówki ogrzewa w płomieniu palnika. Po chwili obserwuje, że: ani w 1, ani w 3 probówce nic się nie zmieniło, a w 2 probówce część piasku się rozpuściła. Film, na którym w laboratorium pojawia się chemik ubrany w fartuch i okulary oraz rękawice. Zerka na instrukcję z napisem: BADANIE WŁAŚCIWOŚCI CHEMICZNYCH TLENKU KRZEMU(IV). Na ekranie prezentowne są kolejno: probówki, korki, palnik, wkraplacz, zlewka z wodą, zlewka ze stężonym roztworem NaOH, zlewka ze stężonym kwasem solnym, zlewka z piaskiem kwarcowym i łyżka. Chemik wprowadza do 3 probówek piasek kwarcowy. Następnie do pierwszej probówki dodaje wodę, do drugiej za pomocą wkraplacza r-r NaOH, a do trzeciej r-r HCl (też za pomocą wkraplacza). Probówki zamyka korkiem i miesza ich zawartość. Następnie probówki ogrzewa w płomieniu palnika. Po chwili obserwuje, że: ani w 1, ani w 3 probówce nic się nie zmieniło, a w 2 probówce część piasku się rozpuściła. Źródło: Tomorrow Sp. z o.o., licencja: CC BY 3.0. Film dostępny na portalu epodreczniki.pl Źródło: Tomorrow Sp. z o.o., licencja: CC BY 3.0. Film, na którym w laboratorium pojawia się chemik ubrany w fartuch i okulary oraz rękawice. Zerka na instrukcję z napisem: BADANIE WŁAŚCIWOŚCI CHEMICZNYCH TLENKU KRZEMU(IV). Na ekranie prezentowne są kolejno: probówki, korki, palnik, wkraplacz, zlewka z wodą, zlewka ze stężonym roztworem NaOH, zlewka ze stężonym kwasem solnym, zlewka z piaskiem kwarcowym i łyżka. Chemik wprowadza do 3 probówek piasek kwarcowy. Następnie do pierwszej probówki dodaje wodę, do drugiej za pomocą wkraplacza r-r NaOH, a do trzeciej r-r HCl (też za pomocą wkraplacza). Probówki zamyka korkiem i miesza ich zawartość. Następnie probówki ogrzewa w płomieniu palnika. Po chwili obserwuje, że: ani w 1, ani w 3 probówce nic się nie zmieniło, a w 2 probówce część piasku się rozpuściła.

Polecenie 1 Które etapy obserwowanego doświadczenia stwarzają zagrożenie dla eksperymentatora? Dlaczego? Wskazówka Które substancje używane podczas doświadczenia mają właściwości żrące? Dlaczego należy zwracać uwagę na to, w którą stronę ma być skierowany wylot probówki?

iWebXdSiXt_d5e482

4. Zastosowanie tlenku krzemu(IV)

Już od najdawniejszych czasów ludzie wykorzystywali niezwykłe właściwości krzemionki. MinerałminerałyMinerał zwany krzemieniem dzięki swojej twardości służył do krzesania ognia. Jest łupliwy, a jego odłamki mają ostre krawędzie, dlatego był wykorzystywany przez ludzi paleolitu jako surowiec do produkcji narzędzi kamiennych. Dziś krzemień jest surowcem wykorzystywanym w przemyśle ceramicznym i używanym do produkcji farb. Powłoki z farb krzemianowych są trwałe, odporne na wilgoć i mają dużą odporność mechaniczną. Są całkowicie niepalne i odporne na rozwój mikroorganizmów. Z krzemienia pasiastego ze względu na rzadkość jego występowania, walory estetyczne i odpowiednią twardość powstają oryginalna biżuteria oraz ozdoby.

Przejdź do poprzedniej ilustracji Przejdź do następnej ilustracji Riuwb66WIp92o 1 Zdjęcie przedstawia kawałek czarnego krzemienia na białym tle. Widoczne są miejsca, w których od skały odpadły dwa kawałki pozostawiając wgłębienie z ostrymi krawędziami. Źródło: Der Messer (http://commons.wikimedia.org), edycja: Krzysztof Jaworski, licencja: CC BY-SA 3.0. RNmfcVbjkRC2b 1 Zdjęcie przedstawia dwa narzędzia z krzemienia na czarnym tle opatrzone małymi etykietkami z numerami katalogowymi. Narzędzia te mają kształty grotów włóczni lub strzał, lecz brak skali porównawczej uniemożliwia ocenę ich wielkości. Narzędzia mają kolor piaskowy. Źródło: Didier Descouens (https://commons.wikimedia.org), licencja: CC BY-SA 3.0. RmW58QlgROeB8 1 Zdjęcie przedstawia okrągły, gładko oszlifowany kawałek krzemienia pasiastego na niebieskim tle. Kamień cały pokryty jest nieregularnym wzorem składającym się z powyginanych pasków, naprzemiennie czarnych, białych i brązowych. Kamień błyszczy, świadczą o tym widoczne w dolnej jego części odblaski lampek oświetlających ekspozycję. Źródło: Andrzej Otrębski (http://commons.wikimedia.org), licencja: CC BY-SA 3.0. Re7ke4XXXxIvO 1 Zdjęcie przedstawia przykład biżuterii z krzemienia pasiastego, naszyjnik. W metalową, przypuszczalnie srebrną oprawkę w kształcie kotka wprawiono cztery kawałki krzemienia pasiastego. Największy, o wyraźnym biało beżowym wzorze tworzy brzuch kota, nieco mniejszy beżowy to głowa, a dwa najmniejsze wypełniają przestrzeń na uszy. Kotek ma również wąsy zrobione z dwóch drucików zlutowanych z resztą metalowej oprawki i przyklejonych do kamienia. Źródło: Thorton (http://commons.wikimedia.org), licencja: CC BY-SA 3.0. R1PBtQHlzv2ft 1 Zdjęcie przedstawia prawie idealną kulkę z krzemienia pasiastego o bardzo nieregularnym, brązowo białym wzorze zanikającym w dolnej części. Kulka jest wygładzona na wysoki połysk i ma widoczne rysy. W samym środku od jej powierzchni odbija się kształt okna i sylwetka osoby wykonującej zdjęcie. Źródło: Adam Ognisty (http://commons.wikimedia.org), licencja: CC BY-SA 3.0.

Stopiony kwarc przy powolnym chłodzeniu tworzy tzw. szkło kwarcowe, z którego wytwarza się m.in. lampy w solariach, salach szpitalnych, światłowody, tygle laboratoryjne. Kryształy kwarcu mają właściwości piezoelektryczne. Gdy umieścimy je w zmiennym polu elektrycznym, wówczas kryształy te kurczą się i rozszerzają, emitując ultradźwięki. Ultradźwięki umożliwiają uzyskanie obrazów różnych obiektów, co wykorzystano w sonarach – do lokalizacji gór lodowych, ławic ryb, jak i w medycynie – do badania USG. Kryształy kwarcu służą też do produkcji niezwykle dokładnych zegarów oraz zapalniczek i zapalarek – ze względu na zjawisko piezoelektryczne, polegające na powstawaniu ładunków elektrycznych na powierzchni tego kryształu, w skutek naprężeń mechanicznych. Jako kamień ozdobny jest stosowany w jubilerstwie. W przemyśle optycznym używa się go do wyrobu soczewek i pryzmatów.

Przejdź do poprzedniej ilustracji Przejdź do następnej ilustracji R8GzB24FCYgPZ 1 Zdjęcie przedstawia wnętrze kapsuły solarium podczas pracy. Na pierwszym planie widać stopy i nogi osoby zażywającej kuracji, w głębi fragment łokcia. Wokół niebieskie rurki lamp emitujących promieniowanie ultrafioletowe. Źródło: Evil Erin (http://www.flickr.com), licencja: CC BY 2.0. R4dLgYgyhGR3u 1 Zdjęcie przedstawia szklane naczynia laboratoryjne. Dwie leżące płasko kolbki kuliste z okrągłymi szyjkami, pomiędzy nimi talerzyk z błyszczącym szkliwem, powyżej trzy naczynia stojące, w tym dwa tygielki i jedna zlewka. Źródło: Szlomo Lejb (https://commons.wikimedia.org, licencja: CC BY-SA 3.0. RUSvik01vfN5K 1 Zdjęcie przedstawia wiązkę nitek światłowodowych na czerwonym tle. Na końcach większości przezroczystych rureczek świecą się zielone oraz czerwone punkty Źródło: roshan1286 (http://www.flickr.com), licencja: CC BY 2.0. R5aQ9UBbzfRP6 1 Zdjęcie przedstawia zegarek ręczny bez paska. Koperta metalowa, srebrna, podobnie wskazówki. Cyferblat biały z czarnymi cyframi arabskimi. Pomiędzy cyframi 8 i 4 widoczny napis QUARTZ. Źródło: Tomasz Sienicki (http://commons.wikimedia.org), licencja: CC BY 3.0. R9EIQynkahHFY 1 Zdjęcie przedstawia zapalniczkę benzynową. Zapalniczka ma korpus metalowy, pozłacany i jest otwarta. Jedyne jej czarne elementy to zawias pokrywki oraz pokrętło kółka krzesiwka. Tło białe. Źródło: Hardyg (http://commons.wikimedia.org), licencja: CC0. RmWakefKA2pT6 1 Rysunek przedstawia piezoelektryczną ręczną zapalarkę do gazu. Korpus podłużny, szary, w połowie długości czerwony przycisk spustowy, po lewej stronie na końcu wąskiej srebrnej rurki wylot iskrownika. Źródło: Nemo (http://pixabay.com), licencja: CC0. R10WpZaw3JMyf 1 Zdjęcie przedstawia trójkątny pryzmat ze szkła kwarcowego leżący na ciemnym podłożu. Z lewej strony pod niewielkim kątem na powierzchnię boczną pryzmatu pada wąska wiązka białego światła i częściowo odbija się w górę. Większa część wiązki wnika jednak w pryzmat i przechodzi przez niego na drugą stronę, gdzie na przeciwległej krawędzi rozprasza się w tęczowy słup. Słup ten, w miarę oddalania się od pryzmatu staje się coraz szerszy. Źródło: Spigget (http://commons.wikimedia.org/), edycja: Krzysztof Jaworski, licencja: CC BY-SA 3.0. REbtQOJdJ1vCk 1 Zdjęcie przedstawia fotograficzny obiektyw manualny stałoogniskowy rosyjskiej produkcji, na co wskazują oznaczenia modelu MIR-1B, napisane cyrylicą. Widoczna przednia soczewka, w której odbija się zawartość pokoju, m.in. okno z zasłonami i krzesło, oznaczenia parametrów jasność dwa przecinek osiem, długość ogniskowej trzydzieści siedem milimetrów. Widoczne są też dwa metalowe karbowane pierścienie kontrolne: ogniskowej i wartości przysłony. Źródło: Wuhazet – Henryk Żychowski (http://commons.wikimedia.org), licencja: CC BY 3.0. R1e8H5BVC0qLu 1 Na zdjęciu widoczna jest biżuteria wykonana z kilkunastu niewielkich ametystów połączonych ze sobą w coś w rodzaju bukietu. Wszystkie kamienie mają fioletowy kolor, za wyjątkiem silnie podświetlonego po lewej stronie, który wydaje się przezroczysty i bezbarwny. Kamienie połączone są ze sobą za pomocą metalowych drucików. Źródło: Marie-Lan Nguyen (http://commons.wikimedia.org), licencja: CC BY 2.5. R17suqoXMDaK3 1 Zdjęcie przedstawia dwa oszlifowane kamienie z kwarcu różowego o kształtach wielościennych kropli, stanowiące zapewne elementy biżuterii, lecz bez oprawy. Lewy kamień ułożony jest klasycznie, to znaczy szerszą stroną do dołu, natomiast prawy obrócony jest w prawo o 90 stopni. Źródło: Mauro Cateb (http://commons.wikimedia.org), licencja: CC BY-SA 3.0.

Przejdź do poprzedniej ilustracji Przejdź do następnej ilustracji R1AcclhXxo0OS 1 Ilustracja przedstawia komputerową grafikę ilustrującą schemat działania sonaru. Składa się z izometrycznego rzutu fragmentu wybrzeża oraz statku płynącego po morzu. Na przekroju widoczne jest też dno morskie, którego fragment przeskanowany już wcześniej sonarem zaznaczony został w postaci kolorowego pasa. Obszar bezpośrednio pod okrętem wyróżnia się barwną czerwoną, ponieważ jest to jednocześnie miejsce, w którym dno morskie zaczyna być pofałdowane. Sonar umożliwia bowiem załodze okrętu uzyskać trójwymiarowy obraz dna wiele metrów pod statkiem. Sonar R6up1g24LDQjv 1 Zdjęcie przedstawia czarnobiały obraz ultrasonograficzny przedstawiający ludzki płód w łonie matki. wyraźnie widoczne są głowa dziecka po lewej stronie, tułów w środku i kończyny po prawej. Cały obraz ma kształt odwróconego wachlarza, poza którym obraz jest czarny. Badanie USG

Piasek jest podstawowym składnikiem zaprawy murarskiej i cementu oraz surowcem do produkcji wyrobów ceramicznych, a także różnych rodzajów szkła, np.: okiennego, ozdobnego, wodnego. Ponadto z piasku otrzymuje się krzem i jego stopy, wytwarza karborund ( SiC – twardy materiał szlifierski).

Przejdź do poprzedniej ilustracji Przejdź do następnej ilustracji RHGdH1gxghhqm 1 Zdjęcie przedstawia wiadro na budowie pełne świeżej zaprawy murarskiej. Wewnątrz wiadra znajduje się też trójkątna kielnia. Źródło: Stanisław Skowron, http://commons.wikimedia.org, licencja: CC0. RisuNjTFDV8e1 1 Zdjęcie przedstawia dwudziestopięciokilogramowe worki cementu ułożone na palecie transportowej i ściągnięte grubą folią. Marka producenta została wymagana z obrazka. Źródło: KVDP (http://commons.wikimedia.org), edycja: Krzysztof Jaworski, licencja: CC0. R9kizloRlpmAK 1 Zdjęcie przedstawia białe płytki ceramiczne ułożone w dwóch stosach po około dziesięć płytek na starej, drewnianej podłodze. Stos po lewej stronie to płytki większe, prawdopodobnie podłogowe. Stos po prawej zawiera płytki mniejsze, ścienne. Źródło: Ken_Mayer (http://www.flickr.com), edycja: Krzysztof Jaworski, licencja: CC BY 2.0. RQD8dzBvEriIz 1 Zdjęcie przedstawia ozdobną butelkę z grubego, niebieskiego szkła. Butelka ma kształt pofalowany i leży na boku, na białej, płaskiej powierzchni. Źródło: Matthew Bowden (http://commons.wikimedia.org), licencja: CC0. R1XALfrKEpQP8 1 Zdjęcie przedstawia przezroczystą butelkę o kwadratowym przekroju wypełnioną cieczą z dziwacznymi, barwnymi kształtami i pnączami. Zawartość wygląda jak wodorosty, lecz w rzeczywistości jest efektem przeprowadzonego doświadczenia chemicznego. Źródło: Nevit Dilmen (http://commons.wikimedia.org), edycja: Krzysztof Jaworski, licencja: CC BY-SA 3.0. RujeMmLAjA8rm 1 Zdjęcie przedstawia czarną, półkulistą bryłę wykonaną z monokrystalicznego węgliku krzemu, zwanego też karborundem. Na pierwszy rzut oka przypominająca spłaszczoną kroplę półkula wydaje się idealnie gładka, ale w rzeczywistości jej powierzchnia jest pofałdowana. Jednak i tak bardzo dobrze odbija ona światło, przez co ma właściwości lustrzane. Źródło: David Monniaux (http://commons.wikimedia.org), edycja: Krzysztof Jaworski, licencja: CC BY-SA 3.0. RRM9z1CHGqjGb 1 Zdjęcie przedstawia kawałek krystalicznego krzemu na białym tle. Ma on postać czarnej, błyszczącej bryły o powierzchni przypominającej nieco pomiętą folię aluminiową. Źródło: Enricoros (http://commons.wikimedia.org), edycja: Krzysztof Jaworski, licencja: CC0.

Ciekawostka Sodowe szkło wodne zostało wynalezione przed około 6000 laty przez mieszkańców Teb – starożytnego miasta w górnym Egipcie. To stężony wodny roztwór krzemianu sodu z dodatkiem wodorotlenku sodu, który zapobiega hydrolizie. Do połowy XIX wieku nie znaleziono zastosowania dla tej substancji, więc popadła ona w zapomnienie. Dzisiaj szkło wodne pełni wiele funkcji, np.: służy do wyrobu klejów i kitów kwasoodpornych oraz ognioodpornych, wykorzystywanych w budownictwie. Produkuje się z niego żywice silikonowe, używa się go do produkcji proszków do prania, farb, a nawet jako dodatku do żywności. Jest skutecznym środkiem do impregnacji drewna i tkanin. Szkło wodne umożliwia tworzenie tzw. chemicznych ogrodów, w których chemiczne roślinki „wyrastają” w mgnieniu oka. R1Ut2WrX5X7Ln 1 Film rozpoczyna ujęcie stołu laboratoryjnego z wyposażeniem niezbędnym do przeprowadzenia doświadczenia. Są tam metalowe szczypce, pinceta, szalka Petriego, szeroka i płytka zlewka nazywana krystalizatorem, butelka ze szkłem wodnym, mała zlewka z płynem, drucik z rękojeścią i kilka papierowych banknotów zabawek. Następuje zbliżenie na butelkę szkła wodnego, a następnie zmiana ujęcia na przedstawiające przelewanie przez demonstratora szkła wodnego z butelki do krystalizatora. Następuje demonstracja lepkości cieczy, w trakcie której podczas przechylania krystalizatora szkło wodne przelewa się z wyraźnymi opóźnieniami. Zmiana ujęcia, zbliżenie szalki z banknotem i krystalizatora. Demonstrator za pomocą pincety zanurza papierowy banknot w szkle wodnym. Zmiana ujęcia, demonstrator długimi szczypcami bierze z szalki banknot nie zanurzony wcześniej w szkle wodnym i wkłada go w płomień palnika gazowego. Banknot natychmiast się spala czerwonożółtym płomieniem. Zmiana ujęcia na zbliżenie końcówki szczypiec trzymających banknot wyraźnie błyszczący od naniesionego na niego szkła wodnego. W momencie umieszczenia takiego banknotu nad palnikiem płomień zmienia barwę na pomarańczową, ale papier się nie pali. Zmiana ujęcia na przedstawiające zbliżenie blatu z kawałkiem drutu i małą zlewką z płynem. Eksperymentator łapie pincetą drucik i macza go w roztworze ze zlewki, a następnie przenosi drut do płomienia, który zabarwia się na żółto. Film rozpoczyna ujęcie stołu laboratoryjnego z wyposażeniem niezbędnym do przeprowadzenia doświadczenia. Są tam metalowe szczypce, pinceta, szalka Petriego, szeroka i płytka zlewka nazywana krystalizatorem, butelka ze szkłem wodnym, mała zlewka z płynem, drucik z rękojeścią i kilka papierowych banknotów zabawek. Następuje zbliżenie na butelkę szkła wodnego, a następnie zmiana ujęcia na przedstawiające przelewanie przez demonstratora szkła wodnego z butelki do krystalizatora. Następuje demonstracja lepkości cieczy, w trakcie której podczas przechylania krystalizatora szkło wodne przelewa się z wyraźnymi opóźnieniami. Zmiana ujęcia, zbliżenie szalki z banknotem i krystalizatora. Demonstrator za pomocą pincety zanurza papierowy banknot w szkle wodnym. Zmiana ujęcia, demonstrator długimi szczypcami bierze z szalki banknot nie zanurzony wcześniej w szkle wodnym i wkłada go w płomień palnika gazowego. Banknot natychmiast się spala czerwonożółtym płomieniem. Zmiana ujęcia na zbliżenie końcówki szczypiec trzymających banknot wyraźnie błyszczący od naniesionego na niego szkła wodnego. W momencie umieszczenia takiego banknotu nad palnikiem płomień zmienia barwę na pomarańczową, ale papier się nie pali. Zmiana ujęcia na przedstawiające zbliżenie blatu z kawałkiem drutu i małą zlewką z płynem. Eksperymentator łapie pincetą drucik i macza go w roztworze ze zlewki, a następnie przenosi drut do płomienia, który zabarwia się na żółto. Źródło: Tomorrow Sp. z o.o., licencja: CC BY 3.0. Film dostępny na portalu epodreczniki.pl Źródło: Tomorrow Sp. z o.o., licencja: CC BY 3.0. Film rozpoczyna ujęcie stołu laboratoryjnego z wyposażeniem niezbędnym do przeprowadzenia doświadczenia. Są tam metalowe szczypce, pinceta, szalka Petriego, szeroka i płytka zlewka nazywana krystalizatorem, butelka ze szkłem wodnym, mała zlewka z płynem, drucik z rękojeścią i kilka papierowych banknotów zabawek. Następuje zbliżenie na butelkę szkła wodnego, a następnie zmiana ujęcia na przedstawiające przelewanie przez demonstratora szkła wodnego z butelki do krystalizatora. Następuje demonstracja lepkości cieczy, w trakcie której podczas przechylania krystalizatora szkło wodne przelewa się z wyraźnymi opóźnieniami. Zmiana ujęcia, zbliżenie szalki z banknotem i krystalizatora. Demonstrator za pomocą pincety zanurza papierowy banknot w szkle wodnym. Zmiana ujęcia, demonstrator długimi szczypcami bierze z szalki banknot nie zanurzony wcześniej w szkle wodnym i wkłada go w płomień palnika gazowego. Banknot natychmiast się spala czerwonożółtym płomieniem. Zmiana ujęcia na zbliżenie końcówki szczypiec trzymających banknot wyraźnie błyszczący od naniesionego na niego szkła wodnego. W momencie umieszczenia takiego banknotu nad palnikiem płomień zmienia barwę na pomarańczową, ale papier się nie pali. Zmiana ujęcia na przedstawiające zbliżenie blatu z kawałkiem drutu i małą zlewką z płynem. Eksperymentator łapie pincetą drucik i macza go w roztworze ze zlewki, a następnie przenosi drut do płomienia, który zabarwia się na żółto. R3mzOpreFnonl 1 Film rozpoczyna się ujęciem przedstawiającym elementy niezbędne do przeprowadzenia eksperymentu. Są to menzurka z wodą destylowaną, duża zlewka, butelka szkła wodnego oraz pięć małych zlewek z różnokolorowymi substancjami. Substancje te podpisane są wzorami chemicznymi związków azotanu wapnia, azotanu niklu dwa, azotanu żelaza trzy, azotanu miedzi dwa i azotanu manganu dwa. Zmiana ujęcia na małe zlewki z tymi związkami ustawione w tej samej kolejności. Można teraz dokładnie przyjrzeć się ich formie i kolorom. Wszystkie mają postać małych kryształków, ale o różnych barwach: białych, zielonych, żółtawych, niebieskich i różowych. Zmiana ujęcia, demonstrator napełnia zlewkę szkłem wodnym oraz wodą z menzurki. Następnie do roztworu wsypuje kryształki wszystkich azotanów. Następuje zbliżenie na dno zlewki z mieszaniną kryształków, z których w górę zaczynają strzelać barwne smugi i odrostki. Na ekranie, w miarę postępu komentarza lektora pojawiają się zapisy reakcji kolejnych wsypanych do zlewki substancji z krzemianem sodu. We wszystkich przypadkach są to reakcje wymiany, w wyniku których powstają krzemiany manganu, miedzi, żelaza, niklu i wapnia oraz azotan sodu. Zmiana ujęcia na powolną prezentację zawartości całej zlewki z bliska. Film rozpoczyna się ujęciem przedstawiającym elementy niezbędne do przeprowadzenia eksperymentu. Są to menzurka z wodą destylowaną, duża zlewka, butelka szkła wodnego oraz pięć małych zlewek z różnokolorowymi substancjami. Substancje te podpisane są wzorami chemicznymi związków azotanu wapnia, azotanu niklu dwa, azotanu żelaza trzy, azotanu miedzi dwa i azotanu manganu dwa. Zmiana ujęcia na małe zlewki z tymi związkami ustawione w tej samej kolejności. Można teraz dokładnie przyjrzeć się ich formie i kolorom. Wszystkie mają postać małych kryształków, ale o różnych barwach: białych, zielonych, żółtawych, niebieskich i różowych. Zmiana ujęcia, demonstrator napełnia zlewkę szkłem wodnym oraz wodą z menzurki. Następnie do roztworu wsypuje kryształki wszystkich azotanów. Następuje zbliżenie na dno zlewki z mieszaniną kryształków, z których w górę zaczynają strzelać barwne smugi i odrostki. Na ekranie, w miarę postępu komentarza lektora pojawiają się zapisy reakcji kolejnych wsypanych do zlewki substancji z krzemianem sodu. We wszystkich przypadkach są to reakcje wymiany, w wyniku których powstają krzemiany manganu, miedzi, żelaza, niklu i wapnia oraz azotan sodu. Zmiana ujęcia na powolną prezentację zawartości całej zlewki z bliska. Źródło: Tomorrow Sp. z o.o., licencja: CC BY 3.0. Film dostępny na portalu epodreczniki.pl Źródło: Tomorrow Sp. z o.o., licencja: CC BY 3.0. Film rozpoczyna się ujęciem przedstawiającym elementy niezbędne do przeprowadzenia eksperymentu. Są to menzurka z wodą destylowaną, duża zlewka, butelka szkła wodnego oraz pięć małych zlewek z różnokolorowymi substancjami. Substancje te podpisane są wzorami chemicznymi związków azotanu wapnia, azotanu niklu dwa, azotanu żelaza trzy, azotanu miedzi dwa i azotanu manganu dwa. Zmiana ujęcia na małe zlewki z tymi związkami ustawione w tej samej kolejności. Można teraz dokładnie przyjrzeć się ich formie i kolorom. Wszystkie mają postać małych kryształków, ale o różnych barwach: białych, zielonych, żółtawych, niebieskich i różowych. Zmiana ujęcia, demonstrator napełnia zlewkę szkłem wodnym oraz wodą z menzurki. Następnie do roztworu wsypuje kryształki wszystkich azotanów. Następuje zbliżenie na dno zlewki z mieszaniną kryształków, z których w górę zaczynają strzelać barwne smugi i odrostki. Na ekranie, w miarę postępu komentarza lektora pojawiają się zapisy reakcji kolejnych wsypanych do zlewki substancji z krzemianem sodu. We wszystkich przypadkach są to reakcje wymiany, w wyniku których powstają krzemiany manganu, miedzi, żelaza, niklu i wapnia oraz azotan sodu. Zmiana ujęcia na powolną prezentację zawartości całej zlewki z bliska.

iWebXdSiXt_d5e539

5. Krzem − pierwiastek życia i elektroniki

Właściwości fizyczne i chemiczne krzemu

Krzem to substancja stała o barwie ciemnoszarej i metalicznym połysku. Tworzy kryształy podobne do kryształów diamentu. Jest półprzewodnikiem. To pierwiastek twardy (6,5 w skali Mohsa) i kruchy. Ma wysoką temperaturę topnienia (1863 K), podczas którego zmniejsza swoją objętość, podobnie jak woda. Jest mało aktywny chemicznie. Nie reaguje z wodą ani z kwasami, z wyjątkiem kwasu fluorowodorowego. W temperaturze pokojowej krzem reaguje tylko z fluorem, tworząc czterofluorek krzemu – SiF 4 . Po ogrzaniu wchodzi w reakcje z innymi fluorowcami, z tlenem i azotem, dzięki czemu w temperaturach ok. 1000 K powstają tlenek SiO 2 i azotek Si 3 N 4 , a w temperaturach powyżej 2300 K reaguje m.in. z węglem, tworząc węglik. W wysokich temperaturach reaguje także z metalami, tworząc krzemki np. Mg 2 Si . W roztworach zasad krzem roztwarza się z wydzieleniem wodoru.

Rke7hd97CoP5G 1 Plansza prezentuje w postaci tekstowej ważne informacje o roli krzemu w organizmie człowieka. Można się z niej dowiedzieć, że dzienne zapotrzebowanie to od dwudziestu do trzydziestu miligramów, przy czym kobiety w ciąży, osoby starsze i po operacjach kostnych potrzebują go więcej. Następna informacja głosi o korzystnej roli krzemu w usuwaniu toksyn z organizmu, usuwaniu podrażnień i stanów zapalnych skóry, ograniczaniu wypadania włosów i wzmacniania paznokci. Tablicę kończy informacja o wpływie niedoboru krzemu na kłopoty z pamięcią. Źródło: epodreczniki.plKrzysztof Jaworski, Grażyna Makles, Enricoros (http://commons.wikimedia.org), licencja: CC BY 3.0tylko do użytku edukacyjnego na epodreczniki.pl.

R1YjjfoJsUrAs 1 Ilustracja ma postać tablicy, na której zapisano sześć reakcji charakterystycznych dla krzemu: syntezy krzemianu sodu w reakcji z wodnym roztworem wodorotlenku sodu (z wydzieleniem wodoru), reakcji z kwasem fluorowodorowym w wyniku czego powstają fluorek krzemu i wodór, utleniania czystego krzemu, łączenia krzemu z azotem w azotek krzemu, syntezy węgliku krzemu oraz krzemku magnezu. Źródło: Krzysztof Jaworski, licencja: CC BY 3.0.

Otrzymywanie krzemu

W warunkach laboratoryjnych można otrzymać krzem z krzemionki, redukując ją magnezem. Na skalę przemysłową krzem jest produkowany przez prażenie krzemionki, węgla i żelaza w piecu elektrycznym. Do zapoczątkowania tych procesów potrzebna jest wysoka temperatura ponad 2273 K. Wydzielony krzem uwalnia się od domieszek tlenku magnezu oraz resztek substratów przez kolejne traktowanie spieku kwasem solnym, a następnie fluorowodorem. W przemyśle elektronicznym potrzebny jest bowiem krzem o wysokiej czystości.

Zastosowanie krzemu

Krzem wkroczył na arenę elektroniki na początku lat pięćdziesiątych ubiegłego wieku. Kiedy w 1947 r. został skonstruowany germanowy tranzystor ostrzowy, uznano go za jedno z największych osiągnięć XX wieku. Dziś tranzystory są coraz mniejsze, szybsze i mniej energochłonne. Obecnie krzem służy do produkcji półprzewodnikowych układów scalonych, wafli do wytwarzania chipów krzemowych, kolektorów słonecznych, żaroodpornych płytek, którymi pokrywa się powierzchnie statków. Ponadto krzem stosuje się jako dodatek stopowy, gdyż poprawia właściwości kwasoodporne stali. Stopy krzemu z glinem są używane do odlewów. Z kolei dietetycy nazywają go pierwiastkiem zdrowia i długowieczności.

Ciekawostka Kilogram to jedyna jednostka SI, dla której podstawą definicji jest określony przedmiot, a nie odwołanie się do stałych fizycznych. Nowy wzorcowy kilogram ma być doskonalszy od obecnie uznawanego, wykonanego w kształcie walca ze stopu platyny z irydem. Ma to zagwarantować jego powiązanie ze stałą AvogadraAmedeo Avogadro (znany też jako Amadeo Avogadro)Avogadra. Do jego wykonania wybrano krzem. Regularny układ atomów w takim krysztale pozwolił naukowcom z góry ustalić, że krzemowa kula o masie 1 kilograma będzie miała średnicę 93,75 mm. Dwa takie wzorce – w tzw. projekcie Avogadro – wykonano w Australii. Przejdź do poprzedniej ilustracji Przejdź do następnej ilustracji RFFZMZlCsvRcP 1 Zdjęcie przedstawia wzorzec kilograma w Sèvres wykonany ze stopu platyny z irydem. Ma on postać walca o wysokości i średnicy 39 mm i jest przechowywany pod dwoma szklanymi kloszami. Wysokość i średnica wzorca kilograma z Sèvres to 39 mm RfvrYXETiSX2t 1 Zdjęcie przedstawia nowy wzorzec kilograma wykonany w ramach projektu Avogadro z monokryształu krzemu. Jest to jednocześnie najdoskonalsza wykonana przez człowieka kula na świecie, a jej średnica wynosi 93,75 mm. Idealnie gładka kula trzymana jest w dłoni w rękawiczce lateksowej przez naukowca, na tle pomieszczenia wypełnionego sprzętem badawczym. Najdoskonalsza materialna kula na świecie (monokryształ krzemu)

iWebXdSiXt_d5e609

Podsumowanie

Tlenek krzemu(IV) występuje w przyrodzie w postaci krystalicznej, głównie jako kwarc, oraz bezpostaciowej jako opal i ziemia okrzemkowa.

Tlenek krzemu(IV) to ciało stałe, krystaliczne, bezbarwne, nierozpuszczalne w wodzie ani w innych popularnych rozpuszczalnikach. To substancja o wysokiej temperaturze topnienia i dużej twardości.

Tlenek krzemu(IV) wykazuje małą aktywność chemiczną; nie rozkłada się pod wpływem wysokiej temperatury, nie reaguje z wodą, kwasami (wyjątkiem jest kwas fluorowodorowy), po ogrzaniu reaguje z tlenkami i wodorotlenkami metali oraz z nielicznymi pierwiastkami, np. z węglem, magnezem. Zalicza się go do tlenków o charakterze kwasowym.

Praca domowa Polecenie 2.1 Uzupełnij puste miejsca w równaniach reakcji chemicznych. Pamiętaj o współczynnikach stechiometrycznych. SiO 2 + … → temp. K 4 SiO 4 + 2H 2 O … + …NaOH → temp. Na 2 SiO 3 + H 2 O … + …C → temp. Si + 2CO SiO 2 + …HF → … + … Si + …KOH + H 2 O → K 2 SiO 3 + … Polecenie 2.2 Na plażę często zabieramy aparat fotograficzny. Dlaczego powinniśmy zakładać osłonę na obiektyw? Polecenie 2.3 W życiu codziennym spotykamy się często z różnorodnym zastosowaniem związków krzemu. O wielu z tych zastosowań była już mowa, ale temat nie został jeszcze wyczerpany. Chcąc uzupełnić to zagadnienie, odpowiedz na pytanie: jakie związki krzemu można wykorzystać: do produkcji soczewek kontaktowych i szamponów?

Wskazówka: Materiał ten łatwo się odkształca, umożliwia swobodne oddychanie oczu i włosów, soczewki z niego wykonane nie wysychają, a włosy mają ładny połysk; jako osłony termiczne w pojazdach kosmicznych?

Wskazówka: Oprócz dużej twardości tego związku (9,5 w skali Mohsa) jego dodatkową zaletą jest wysoka odporność termiczna; do otrzymywania środka suszącego, który umieszcza się np. w kartoniku z butami?

Wskazówka: Jego porowata struktura tworzy olbrzymią powierzchnię, dzięki czemu ma on doskonałe właściwości osuszające; do tworzenia m.in. warstwy izolacyjnej w skafandrach kosmonautów czy też jako wypełnienie termoregulacyjne w samolotach?

Wskazówka: Substancje o najmniejszym dla ciał stałych współczynniku przewodnictwa ciepła, a także o najmniejszej dla ciał stałych gęstości.

iWebXdSiXt_d5e695

Słowniczek

Amedeo Avogadro (znany też jako Amadeo Avogadro) Biogram Amedeo Avogadro (znany też jako Amadeo Avogadro) nie istnieje R1VtfireV13aA 1 Litograficzny portret Amedeo Avogadro na bazie rysunku autorstwa C. Sentiera. Źródło: C. Sentier (http://commons.wikimedia.org), edycja: Krzysztof Jaworski, licencja: CC0. Karierę zawodową rozpoczął jako prawnik. Następnie został profesorem fizyki matematycznej. Avogadro stwierdził, że równe objętości wszystkich gazów, w tych samych warunkach temperatury i ciśnienia, zawierają jednakowe liczby cząsteczek (prawo Avogadra). Jego hipoteza była kluczem do rozwiązania wielu problemów, przed którymi stanęły nauki chemiczne XIX wieku. Liczba NIndeks dolny A A = 6,02 · 10Indeks górny 2323, związaną z definicją mola, jednej z podstawowych jednostek układu SI, nazwano od nazwiska uczonego liczbą Avogadra.

krzemionka Definicja: krzemionka tlenek krzemu(IV)

minerały Definicja: minerały naturalne, jednorodne składniki skorupy ziemskiej o charakterystycznym składzie i specyficznych właściwościach fizycznych; większość z nich jest częścią ciał krystalicznych o uporządkowanej budowie wewnętrznej, w której atomy i jony zajmują ściśle określone miejsce, tworząc sieć przestrzenną; minerały łączą się ze sobą w formy zwane skałami

Carl Friedrich Christian Mohs RcV1fuCLWNXrt 1 Friedrich Mohs Źródło: Josef Kriehuber (http://commons.wikimedia.org), edycja: Krzysztof Jaworski, licencja: CC0. Carl Friedrich Christian Mohs 29.01.1773–29.09.1839 Studiował chemię, matematykę i fizykę na Uniwersytecie w Halle, a także mineralogię na Akademii Górniczej we Freibergu. W 1802 roku przeniósł się do Austrii, gdzie zajmował się badaniem i klasyfikacją minerałów. Największym, najbardziej znanym i powszechnie wykorzystywanym do dziś osiągnięciem Mohsa jest zaproponowana przez niego w 1812 r. dziesięciostopniowa skala twardości minerałów (skala Mohsaskala twardości Mohsaskala Mohsa). Pozwala ona określać stopień odporności minerałów twardszych na zarysowania przez minerały bardziej miękkie.

podział skał ze względu na sposób powstawania Definicja: podział skał ze względu na sposób powstawania R1ZE7xdSCewVX 1 Ilustracja przedstawia podział skał ze względu na sposób powstawania wraz z ilustracjami poglądowymi oraz przykładami. Pierwsza grupa to skały magmowe, takie jak granit, bazalt i pumeks, powstające z krzepnięcia magmy w głębi Ziemi lub na jej powierzchni. Drugi rodzaj, to skały osadowe, takie jak piaskowiec, wapień i gips powstające w procesie sedymentacji materiału, najczęściej w środowisku wodnym. I trzecia, ostatnia grupa to skały przeobrażone, takie jak marmur, gnejs i łupki powstałe w wyniku działania wysokiego ciśnienia i temperatury na skały już istniejące. Źródło: Dake (http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Granite_softgreen.jpg), Zumthie(http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Bentheimer-Sandstein.jpg), Piotr Sosnowski(http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Marmur_z_serpentynitem.jpg), Grażyna Makles, Krzysztof Jaworski, licencja: CC BY-SA 3.0.

skala twardości Mohsa Definicja: skala twardości Mohsa skala twardości minerałów opracowana przez niemieckiego fizyka i chemika − Friedricha MohsaCarl Friedrich Christian MohsFriedricha Mohsa w roku 1812; dziesięciostopniowa skala stosowana do określania stopnia odporności twardszych minerałów na zarysowania przez materiały bardziej miękkie; pozwala określić, który minerał od innego, ale nie określa, o ile jest twardszy

skała Definicja: skała naturalny zespół jednego lub wielu różnych minerałów powstały w wyniku różnych procesów geologicznych lub kosmologicznych, tworzący podstawowy składnik skorupy ziemskiej

iWebXdSiXt_d5e973

Zadania

Ćwiczenie 1 R1SlBfnmFanLc 1 zadanie interaktywne zadanie interaktywne Źródło: Grażyna Makles, licencja: CC BY 3.0.

Ćwiczenie 2 RZnLWJd0BMHLx 1 zadanie interaktywne zadanie interaktywne Oceń, czy podane zdania są prawdziwe, czy fałszywe. Prawda Fałsz Tlenku krzemu(IV) ma charakter kwasowy. □ □ Tlenek krzemu(IV) reaguje z kwasami. □ □ Krzem to pierwiastek, który zajmuje drugie miejsce we Wszechświecie ze względu na rozpowszechnienie. □ □ Krzemionka to ciało stałe, twarde, o wysokiej temperaturze topnienia, aktywne chemicznie. □ □ Szkło kwarcowe jest wrażliwe na nagłe zmiany temperatury. □ □ Tlenek krzemu(IV) nie rozkłada się pod wpływem wysokiej temperatury. □ □ Do wyrobu narzędzi i broni kiedyś używano krzemianów. □ □ Źródło: Grażyna Makles, licencja: CC BY 3.0.

Ćwiczenie 3 R1GZOchoxErRg 1 zadanie interaktywne zadanie interaktywne Uzupełnij poniższe zdania, wybierając brakujące elementy z listy. rozpuszczaniu, może, mniejsza, solnym, wodorotlenkiem sodu, krzemianu, większa, reaguje, tlenku krzemu(IV), większa, nie reaguje, fluorowodorowym, nie może, roztwarzaniu, magnezem, węglem, mniejsza Trawienie szkła polega na ……………………………….. się krzemionki w wyniku jej reakcji z kwasem …………………………………

Kwas fluorowodorowy ……………………………….. być przechowywany w naczyniach szklanych i porcelanowych, ponieważ ……………………………….. z krzemionką.

W skali Mohsa twardość kwarcu jest ……………………………….. od diamentu i ……………………………….. od szkła.

Krzem otrzymujemy w reakcji ……………………………….. z ………………………………… Źródło: Grażyna Makles, licencja: CC BY 3.0.

Ćwiczenie 4 RumVofQ1oAdhF 1 zadanie interaktywne zadanie interaktywne Krzem i jego związki znajdują wiele zastosowań w różnych gałęziach gospodarki. Połącz w pary nazwy substancji z ich zastosowaniem. jako środek suszący, impregnacja drewna, papieru, tkanin, wyrób kitów żaroodpornych i kwasoodpornych, zapalniczki piezoelektryczne, wyrób sonarów, do wyrobu pryzmatów, produkcja szkła laboratoryjnego, wyroby jubilerskie, produkcja cementu, produkcja szkła, produkcja zaprawy murarskiej silikażel kwarc szkło wodne piasek kwarcowy Źródło: Grażyna Makles, licencja: CC BY 3.0.

Ćwiczenie 5 R3xuAwwwxkWzS 1 zadanie interaktywne zadanie interaktywne Uzupełnij poniższy tekst, przeciągając brakujące określenia. wodorotlenek, nie zaświeciła, kwas, krystaliczną, substancją stałą, małej, reaguje, nie przewodzi, sól, nie rozpuszcza, tlenek krzemu(IV), twardym, nie reaguje SiO 2 , czyli ……………………………….. jest ………………………………… Przyglądając się drobinom piasku można stwierdzić, że krzemionka ma postać ………………………………… Związek ten ……………………………….. się w wodzie i innych popularnych rozpuszczalnikach. Ze względu na dużą trwałość wiązań między krzemem i tlenem kwarc jest minerałem ………………………………… Po zamknięciu obwodu z SiO 2 żarówka się ……………………………….., czyli krzemionka ……………………………….. prądu elektrycznego. Tlenek krzemu(IV) jest związkiem o ……………………………….. aktywności chemicznej. Związek ten ……………………………….. z wodą, ani z kwasem solnym, ……………………………….. z wodorotlenkiem sodu, dając ………………………………… Źródło: Grażyna Makles, licencja: CC BY 3.0.

Ćwiczenie 6 RUBxDAoEAY0VZ 1 zadanie interaktywne zadanie interaktywne Rozwiąż krzyżówkę. Nazwa należącego do 14. grupy układu okresowego pierwiastka, którego elektrony są rozmieszczone na trzech powłokach elektronowych. Szkło stosowane do produkcji światłowodów. Na zjawisku piezoelektrycznym opiera się budowa kwarcowego… Odmiana kwarcu o fioletowym zabarwieniu. Skała osadowa wykorzystywana przez człowieka w prehistorii jako materiał do wyrobu narzędzi, broni i do krzesania ognia. Sole kwasu krzemowego. Charakter chemiczny tlenku krzemu(IV). Nazwa zwyczajowa węgliku krzemu. Wielkocząsteczkowe związki krzemoorganiczne, które mogą być m.in. wykorzystywane w budownictwie jako materiały uszczelniające i łączące. Najczęściej spotykany w przyrodzie minerał, którego składnikiem jest SiO 2 . 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Źródło: Grażyna Makles, licencja: CC BY 3.0.

키워드에 대한 정보 co łączy piasek szkło i światłowody

다음은 Bing에서 co łączy piasek szkło i światłowody 주제에 대한 검색 결과입니다. 필요한 경우 더 읽을 수 있습니다.

이 기사는 인터넷의 다양한 출처에서 편집되었습니다. 이 기사가 유용했기를 바랍니다. 이 기사가 유용하다고 생각되면 공유하십시오. 매우 감사합니다!

사람들이 주제에 대해 자주 검색하는 키워드 Światłowód do mieszkania FTTH – Co to jest?

FTTH

Światłowód #do #mieszkania #FTTH #- #Co #to #jest?

YouTube에서 co łączy piasek szkło i światłowody 주제의 다른 동영상 보기

주제에 대한 기사를 시청해 주셔서 감사합니다 Światłowód do mieszkania FTTH – Co to jest? | co łączy piasek szkło i światłowody, 이 기사가 유용하다고 생각되면 공유하십시오, 매우 감사합니다.

Co Łączy Piasek Szkło I Światłowody | Światłowód Do Mieszkania Ftth – Co To Jest? 9020 투표 이 답변

co łączy piasek szkło i światłowody 주제에 대한 동영상 보기

d여기에서 Światłowód do mieszkania FTTH – Co to jest? – co łączy piasek szkło i światłowody 주제에 대한 세부정보를 참조하세요

co łączy piasek szkło i światłowody 주제에 대한 자세한 내용은 여기를 참조하세요.

Notatka co łączy piasek szkło i światłowody – Brainly.pl

Wydawnictwo Pedagogiczne Operon – Multiteka

Swiatlowody w pytaniach i odpowiedziach

Jakie właściwości posiada szkło krzemowe?

SZKŁO – Kierunek Chemia

Światłowody – Kable i przewody

Łącza optyczne w elektrowniach słonecznych i wiatrowych

Światłowód – Generacje telefonii komórkowej

Wszechobecna krzemionka

주제와 관련된 이미지 co łączy piasek szkło i światłowody

주제에 대한 기사 평가 co łączy piasek szkło i światłowody

Swiatlowody w pytaniach i odpowiedziach

Jakie właściwości posiada szkło krzemowe?

SZKŁO

Łącza optyczne w elektrowniach słonecznych i wiatrowych

Światłowód

Zintegrowana Platforma Edukacyjna

키워드에 대한 정보 co łączy piasek szkło i światłowody

사람들이 주제에 대해 자주 검색하는 키워드 Światłowód do mieszkania FTTH – Co to jest?

Leave a Comment Cancel reply