آلة حساب مؤشرات ميلر لتحديد مستويات البلورات

احسب مؤشرات ميلر من تقاطعات مستويات البلورات باستخدام هذه الأداة سهلة الاستخدام. ضرورية لعلم البلورات وعلوم المواد وتطبيقات فيزياء الحالة الصلبة.

حاسبة مؤشرات ميلر

مقاطعات الطائرة البلورية

أدخل مقاطعات الطائرة البلورية مع المحاور x و y و z. استخدم '0' للطائرات المتوازية مع محور (مقاطعة لانهائية).

أدخل رقمًا أو 0 للانفينيتي

أدخل رقمًا أو 0 للانفينيتي

أدخل رقمًا أو 0 للانفينيتي

مؤشرات ميلر

مؤشرات ميلر لهذه الطائرة هي:

(1,1,1)
نسخ إلى الحافظة

التصور

ما هي مؤشرات ميلر؟

مؤشرات ميلر هي نظام ترميز يستخدم في علم البلورات لتحديد الطائرات والاتجاهات في الشبكات البلورية.

لحساب مؤشرات ميلر (h,k,l) من المقاطعات (a,b,c):

1. خذ معكوسات المقاطعات: (1/a, 1/b, 1/c) 2. تحويلها إلى أصغر مجموعة من الأعداد الصحيحة بنفس النسبة 3. إذا كانت الطائرة متوازية مع محور (مقاطعة = لانهائية)، فإن مؤشر ميلر المقابل لها هو 0

  • تشير المؤشرات السلبية إلى وجود شريط فوق الرقم، مثل (h̄,k,l)
  • يمثل الترميز (hkl) طائرة محددة، بينما يمثل {hkl} عائلة من الطائرات المعادلة
  • تكتب مؤشرات الاتجاهات بين أقواس مربعة [hkl]، وتدل عائلات الاتجاهات بواسطة <hkl>
📚

التوثيق

آلة حساب مؤشرات ميلر

المقدمة

تعتبر آلة حساب مؤشرات ميلر أداة قوية لعلماء البلورات، وعلماء المواد، والطلاب لتحديد مؤشرات ميلر لمستويات البلورات. مؤشرات ميلر هي نظام ترميز يُستخدم في علم البلورات لتحديد المستويات والاتجاهات في الشبكات البلورية. تتيح لك هذه الآلة تحويل تقاطعات مستوى بلوري مع محاور الإحداثيات بسهولة إلى مؤشرات ميلر المقابلة، مما يوفر طريقة موحدة لتحديد والتواصل حول مستويات بلورية محددة.

تعتبر مؤشرات ميلر أساسية لفهم الهياكل البلورية وخصائصها. من خلال تمثيل المستويات بمجموعة بسيطة من ثلاثة أعداد صحيحة (h، k، l)، تمكّن مؤشرات ميلر العلماء من تحليل أنماط حيود الأشعة السينية، والتنبؤ بسلوكيات نمو البلورات، وحساب المسافات بين المستويات، ودراسة خصائص فيزيائية مختلفة تعتمد على الاتجاه البلوري.

ما هي مؤشرات ميلر؟

مؤشرات ميلر هي مجموعة من ثلاثة أعداد صحيحة (h، k، l) تحدد عائلة من المستويات المتوازية في شبكة بلورية. يتم اشتقاق هذه المؤشرات من المعكوسات للتقاطعات التي يقوم بها مستوى مع المحاور البلورية. يوفر هذا الترميز طريقة موحدة لتحديد مستويات معينة داخل هيكل بلوري.

التمثيل المرئي لمؤشرات ميلر

س ص ع

O

أ=2 ب=3 ج=6

(3،2،1) مستوى

مؤشرات ميلر (3،2،1) مستوى بلوري

تمثيل ثلاثي الأبعاد لمستوى بلوري بمؤشرات ميلر (3،2،1). يتقاطع المستوى مع محاور س، ص، وع عند النقاط 2، 3، و6 على التوالي، مما يؤدي إلى مؤشرات ميلر (3،2،1) بعد أخذ المعكوسات وإيجاد أصغر مجموعة من الأعداد الصحيحة بنفس النسبة.

صيغة حساب مؤشرات ميلر

لحساب مؤشرات ميلر (h، k، l) لمستوى بلوري، اتبع هذه الخطوات الرياضية:

  1. حدد التقاطعات للمستوى مع محاور الإحداثيات س، ص، وع، مما يعطي القيم أ، ب، وج.
  2. خذ المعكوسات لهذه التقاطعات: 1/أ، 1/ب، 1/ج.
  3. قم بتحويل هذه المعكوسات إلى أصغر مجموعة من الأعداد الصحيحة التي تحافظ على نفس النسبة.
  4. الأعداد الثلاثة الناتجة هي مؤشرات ميلر (h، k، l).

يمكن التعبير عن ذلك رياضيًا كالتالي:

h:k:l=1أ:1ب:1جh : k : l = \frac{1}{أ} : \frac{1}{ب} : \frac{1}{ج}

حيث:

  • (h، k، l) هي مؤشرات ميلر
  • أ، ب، ج هي التقاطعات للمستوى مع المحاور س، ص، وع، على التوالي

الحالات الخاصة والاتفاقيات

هناك العديد من الحالات الخاصة والاتفاقيات المهمة لفهمها:

  1. التقاطعات اللانهائية: إذا كان المستوى متوازيًا مع محور، فإن تقاطعه يعتبر لانهائي، ويصبح مؤشر ميلر المقابل صفرًا.

  2. المؤشرات السلبية: إذا تقاطع المستوى مع محور على الجانب السالب من الأصل، فإن مؤشر ميلر المقابل يكون سالبًا، يُشار إليه بشريط فوق الرقم في الترميز البلوري، مثل (h̄kl).

  3. التقاطعات الكسرية: إذا كانت التقاطعات كسرية، يتم تحويلها إلى أعداد صحيحة عن طريق الضرب في أصغر مضاعف مشترك.

  4. التبسيط: يتم دائمًا تقليل مؤشرات ميلر إلى أصغر مجموعة من الأعداد الصحيحة التي تحافظ على نفس النسبة.

دليل خطوة بخطوة لاستخدام الآلة الحاسبة

تقدم آلة حساب مؤشرات ميلر لدينا طريقة بسيطة لتحديد مؤشرات ميلر لأي مستوى بلوري. إليك كيفية استخدامها:

  1. أدخل التقاطعات: أدخل القيم حيث يتقاطع المستوى مع المحاور س، ص، وع.

    • استخدم أعدادًا إيجابية للتقاطعات على الجانب الإيجابي من الأصل.
    • استخدم أعدادًا سلبية للتقاطعات على الجانب السالب.
    • أدخل "0" للمستويات التي تكون متوازية مع محور (تقاطعات لانهائية).
  2. عرض النتائج: ستقوم الآلة الحاسبة تلقائيًا بحساب وعرض مؤشرات ميلر (h، k، l) للمستوى المحدد.

  3. تصور المستوى: تتضمن الآلة الحاسبة تمثيلًا ثلاثي الأبعاد لمساعدتك في فهم اتجاه المستوى داخل الشبكة البلورية.

  4. نسخ النتائج: استخدم زر "نسخ إلى الحافظة" لنقل مؤشرات ميلر المحسوبة بسهولة إلى تطبيقات أخرى.

مثال لحساب

دعنا نمر بمثال:

افترض أن مستوى يتقاطع مع المحاور س، ص، وع عند النقاط 2، 3، و6 على التوالي.

  1. التقاطعات هي (2، 3، 6).
  2. أخذ المعكوسات: (1/2، 1/3، 1/6).
  3. لإيجاد أصغر مجموعة من الأعداد الصحيحة بنفس النسبة، اضرب في أصغر مضاعف مشترك للحدود (LCM من 2، 3، 6 = 6): (1/2 × 6، 1/3 × 6، 1/6 × 6) = (3، 2، 1).
  4. لذلك، مؤشرات الميلر هي (3،2،1).

استخدامات مؤشرات ميلر

تتمتع مؤشرات ميلر بالعديد من التطبيقات عبر مجالات علمية وهندسية مختلفة:

علم البلورات وحيود الأشعة السينية

تعتبر مؤشرات ميلر أساسية لتفسير أنماط حيود الأشعة السينية. تعتمد المسافة بين المستويات البلورية، التي يتم تحديدها بواسطة مؤشرات ميلر، على الزوايا التي يتم عندها انكسار الأشعة السينية، وفقًا لقانون براج:

nλ=2dhklsinθn\lambda = 2d_{hkl}\sin\theta

حيث:

  • nn هو عدد صحيح
  • λ\lambda هو طول موجة الأشعة السينية
  • dhkld_{hkl} هو المسافة بين المستويات ذات مؤشرات ميلر (h، k، l)
  • θ\theta هو زاوية السقوط

علم المواد والهندسة

  1. تحليل طاقة السطح: تمتلك المستويات البلورية المختلفة طاقات سطح مختلفة، مما يؤثر على خصائص مثل نمو البلورات، والتماثل، والالتصاق.

  2. الخصائص الميكانيكية: يؤثر اتجاه المستويات البلورية على الخصائص الميكانيكية مثل أنظمة الانزلاق، ومستويات الانقسام، وسلوك الكسر.

  3. تصنيع أشباه الموصلات: في تصنيع أشباه الموصلات، يتم اختيار مستويات بلورية معينة للنمو الوتدي وتصنيع الأجهزة بسبب خصائصها الإلكترونية.

  4. تحليل النسيج: تساعد مؤشرات ميلر في وصف الاتجاهات المفضلة (النسيج) في المواد متعددة البلورات، والتي تؤثر على خصائصها الفيزيائية.

علم المعادن والجيولوجيا

يستخدم الجيولوجيون مؤشرات ميلر لوصف الوجوه البلورية ومستويات الانقسام في المعادن، مما يساعد في التعرف عليها وفهم ظروف تكوينها.

التطبيقات التعليمية

تعتبر مؤشرات ميلر مفاهيم أساسية تُدرس في دورات علم المواد، وعلم البلورات، وفيزياء الحالة الصلبة، مما يجعل هذه الآلة الحاسبة أداة تعليمية قيمة.

بدائل لمؤشرات ميلر

بينما تعتبر مؤشرات ميلر الترميز الأكثر استخدامًا لمستويات البلورات، توجد عدة أنظمة بديلة:

  1. مؤشرات ميلر-برافايس: نظام ترميز بأربعة أعداد (h، k، i، l) يُستخدم للأنظمة البلورية السداسية، حيث i = -(h+k). يساعد هذا الترميز في عكس تماثل الهياكل السداسية بشكل أفضل.

  2. رموز ويبر: تُستخدم بشكل أساسي في الأدبيات القديمة، خصوصًا لوصف الاتجاهات في البلورات المكعبة.

  3. متجهات الشبكة المباشرة: في بعض الحالات، يتم وصف المستويات باستخدام المتجهات الشبكية المباشرة بدلاً من مؤشرات ميلر.

  4. مواضع ويكوف: لوصف المواقع الذرية داخل الهياكل البلورية بدلاً من المستويات.

على الرغم من هذه البدائل، تظل مؤشرات ميلر هي الترميز القياسي بسبب بساطتها وتطبيقها الشامل عبر جميع الأنظمة البلورية.

تاريخ مؤشرات ميلر

تم تطوير نظام مؤشرات ميلر بواسطة عالم المعادن وعالم البلورات البريطاني ويليام هالوز ميلر في عام 1839، ونُشر في كتابه "رسالة في علم البلورات". استند ترميز ميلر إلى أعمال سابقة قام بها أوغست برافايس وآخرون، ولكنه قدم نهجًا أكثر أناقة ورياضيات متسقة.

قبل نظام ميلر، كانت تُستخدم ترميزات مختلفة لوصف الوجوه البلورية، بما في ذلك معلمات ويس و رموز ناومان. كانت ابتكارات ميلر في استخدام المعكوسات للتقاطعات، مما سهل العديد من الحسابات البلورية وقدم تمثيلًا أكثر بديهية للمستويات المتوازية.

تسارعت اعتماد مؤشرات ميلر مع اكتشاف حيود الأشعة السينية بواسطة ماكس فون لاوي في عام 1912، والأعمال اللاحقة لويليام لورانس براج وويليام هنري براج. أظهرت أبحاثهم الفائدة العملية لمؤشرات ميلر في تفسير أنماط الحيود وتحديد الهياكل البلورية.

على مدار القرن العشرين، مع أهمية علم البلورات المتزايدة في علم المواد، وفيزياء الحالة الصلبة، وعلم الكيمياء الحيوية، أصبحت مؤشرات ميلر راسخة كترميز قياسي. اليوم، تظل ضرورية في تقنيات توصيف المواد الحديثة، وعلم البلورات الحاسوبية، وتصميم المواد النانوية.

أمثلة على الشيفرات لحساب مؤشرات ميلر

1import math
2import numpy as np
3
4def calculate_miller_indices(intercepts):
5    """
6    حساب مؤشرات ميلر من التقاطعات
7    
8    Args:
9        intercepts: قائمة من ثلاثة تقاطعات [أ، ب، ج]
10        
11    Returns:
12        قائمة من ثلاثة مؤشرات ميلر [h، k، l]
13    """
14    # التعامل مع التقاطعات اللانهائية (متوازي مع المحور)
15    reciprocals = []
16    for intercept in intercepts:
17        if intercept == 0 or math.isinf(intercept):
18            reciprocals.append(0)
19        else:
20            reciprocals.append(1 / intercept)
21    
22    # إيجاد القيم غير الصفرية لحساب GCD
23    non_zero = [r for r in reciprocals if r != 0]
24    
25    if not non_zero:
26        return [0, 0, 0]
27    
28    # التحجيم إلى أعداد صحيحة مع تجنب مشاكل النقاط العائمة
29    scale = 1000
30    scaled = [round(r * scale) for r in non_zero]
31    
32    # إيجاد GCD
33    gcd_value = np.gcd.reduce(scaled)
34    
35    # التحويل إلى أعداد صحيحة أصغر
36    miller_indices = []
37    for r in reciprocals:
38        if r == 0:
39            miller_indices.append(0)
40        else:
41            miller_indices.append(round((r * scale) / gcd_value))
42    
43    return miller_indices
44
45# مثال للاستخدام
46intercepts = [2, 3, 6]
47indices = calculate_miller_indices(intercepts)
48print(f"مؤشرات ميلر للتقاطعات {intercepts}: {indices}")  # الناتج: [3، 2، 1]
49

أمثلة عددية

إليك بعض الأمثلة الشائعة لحساب مؤشرات ميلر:

  1. مثال 1: حالة قياسية

    • التقاطعات: (2، 3، 6)
    • المعكوسات: (1/2، 1/3، 1/6)
    • اضرب في LCM للحدود (6): (3، 2، 1)
    • مؤشرات الميلر: (3،2،1)
  2. مثال 2: مستوى متوازي مع محور

    • التقاطعات: (1، ∞، 2)
    • المعكوسات: (1، 0، 1/2)
    • اضرب في 2: (2، 0، 1)
    • مؤشرات الميلر: (2،0،1)
  3. مثال 3: التقاطعات السلبية

    • التقاطعات: (-1، 2، 3)
    • المعكوسات: (-1، 1/2، 1/3)
    • اضرب في 6: (-6، 3، 2)
    • مؤشرات الميلر: (-6،3،2)
  4. مثال 4: التقاطعات الكسرية

    • التقاطعات: (1/2، 1/3، 1/4)
    • المعكوسات: (2، 3، 4)
    • بالفعل في شكل عدد صحيح
    • مؤشرات الميلر: (2،3،4)
  5. مثال 5: مستوى خاص (100)

    • التقاطعات: (1، ∞، ∞)
    • المعكوسات: (1، 0، 0)
    • مؤشرات الميلر: (1،0،0)

الأسئلة الشائعة

ما هي استخدامات مؤشرات ميلر؟

تُستخدم مؤشرات ميلر لتحديد ووصف المستويات والاتجاهات في الشبكات البلورية. توفر ترميزًا موحدًا يساعد علماء البلورات، وعلماء المواد، والمهندسين على التواصل حول اتجاهات بلورية محددة. تعتبر مؤشرات ميلر أساسية لتحليل أنماط حيود الأشعة السينية، وفهم نمو البلورات، وحساب المسافات بين المستويات، ودراسة خصائص فيزيائية مختلفة تعتمد على الاتجاه البلوري.

كيف أتعامل مع مستوى متوازي مع أحد المحاور؟

عندما يكون المستوى متوازيًا مع محور، فإنه لا يتقاطع أبدًا مع ذلك المحور، لذا يعتبر تقاطعه عند اللانهاية، وبالتالي يصبح مؤشر ميلر المقابل صفرًا. على سبيل المثال، سيكون لمستوى متوازي مع محور ص تقاطعات (أ، ∞، ج) ومؤشرات ميلر (h،0،l).

ماذا تعني مؤشرات ميلر السلبية؟

تشير مؤشرات ميلر السلبية إلى أن المستوى يتقاطع مع المحور المقابل على الجانب السالب من الأصل. في الترميز البلوري، يتم عادةً الإشارة إلى المؤشرات السلبية بشريط فوق الرقم، مثل (h̄kl). تمثل المؤشرات السلبية مستويات تعادل نظيراتها الإيجابية من حيث الخصائص الفيزيائية ولكن لها اتجاهات مختلفة.

كيف ترتبط مؤشرات ميلر بالهيكل البلوري؟

ترتبط مؤشرات ميلر مباشرةً بترتيب الذرات في الهيكل البلوري. تعتمد المسافة بين المستويات ذات مؤشرات ميلر معينة (dhkl) على النظام البلوري ومعلمات الشبكة. في حيود الأشعة السينية، تعمل هذه المستويات كمستويات انعكاسية وفقًا لقانون براج، مما ينتج أنماط حيود مميزة تكشف عن الهيكل البلوري.

ما الفرق بين مؤشرات ميلر ومؤشرات ميلر-برافايس؟

تستخدم مؤشرات ميلر ثلاثة أعداد صحيحة (h، k، l) وتناسب معظم الأنظمة البلورية. تستخدم مؤشرات ميلر-برافايس أربعة أعداد صحيحة (h، k، i، l) ومصممة خصيصًا للأنظمة البلورية السداسية. الرقم الرابع، i، هو عدد زائد (i = -(h+k)) ولكنه يساعد في الحفاظ على تماثل النظام السداسي ويسهل التعرف على المستويات المتكافئة.

كيف يمكنني حساب الزاوية بين مستويين بلوريين؟

يمكن حساب الزاوية θ بين مستويين بمؤشرات ميلر (h₁، k₁، l₁) و(h₂، k₂، l₂) في نظام بلوري مكعب باستخدام:

cosθ=h1h2+k1k2+l1l2(h12+k12+l12)(h22+k22+l22)\cos\theta = \frac{h_1h_2 + k_1k_2 + l_1l_2}{\sqrt{(h_1^2 + k_1^2 + l_1^2)(h_2^2 + k_2^2 + l_2^2)}}

بالنسبة للأنظمة غير المكعبة، تكون الحسابات أكثر تعقيدًا وتتضمن الموتر المتري للنظام البلوري.

هل يمكن أن تكون مؤشرات ميلر كسورًا؟

لا، وفقًا للاتفاقية، تكون مؤشرات ميلر دائمًا أعدادًا صحيحة. إذا كانت الحسابات في البداية تعطي كسورًا، يتم تحويلها إلى أصغر مجموعة من الأعداد الصحيحة التي تحافظ على نفس النسبة. يتم ذلك عن طريق الضرب في أصغر مضاعف مشترك للحدود.

كيف يمكنني تحديد مؤشرات ميلر لوجه بلوري تجريبيًا؟

يمكن تحديد مؤشرات ميلر للوجوه البلورية تجريبيًا باستخدام حيود الأشعة السينية، أو حيود الإلكترونات، أو قياس الزوايا الضوئية. في حيود الأشعة السينية، ترتبط الزوايا التي يحدث عندها الانكسار بالمسافة بين المستويات البلورية من خلال قانون براج، والذي يمكن استخدامه لتحديد مؤشرات الميلر المقابلة.

ما هي مؤشرات ميلر للوجوه البلورية الشائعة؟

بعض المستويات البلورية الشائعة ومؤشرات ميلر الخاصة بها تشمل:

  • (100)، (010)، (001): الوجوه المكعبة الأساسية
  • (110)، (101)، (011): الوجوه القطرية في الأنظمة المكعبة
  • (111): الوجه الثماني في الأنظمة المكعبة
  • (112): مستوى انزلاق شائع في المعادن ذات الشبكة المركزية الجسمية

المراجع

  1. ميلر، ويليام هالوز. (1839). رسالة في علم البلورات. كامبريدج: لشركة J. & J.J. Deighton.

  2. أشكروفت، ن. ومرمين، ن. د. (1976). فيزياء الحالة الصلبة. هولت، رينهارت وونستون.

  3. هاموند، سي. (2015). أساسيات علم البلورات والحيود (الطبعة الرابعة). مطبعة جامعة أكسفورد.

  4. كولتي، ب. د. و ستوك، س. ر. (2014). عناصر حيود الأشعة السينية (الطبعة الثالثة). التعليم بيرسون.

  5. كيتل، سي. (2004). مقدمة في فيزياء الحالة الصلبة (الطبعة الثامنة). وايلي.

  6. كيلي، أ. و نولز، ك. م. (2012). علم البلورات وعيوب البلورات (الطبعة الثانية). وايلي.

  7. الاتحاد الدولي لعلم البلورات. (2016). الجداول الدولية لعلم البلورات، المجلد أ: تماثل مجموعة الفضاء. وايلي.

  8. جياكوفازو، سي.، موناكو، إتش. ل.، أرتيولي، ج.، فيتيربو، د.، فيراري، ج.، جيلي، ج.، زانوتي، ج.، و كاتي، م. (2011). أساسيات علم البلورات (الطبعة الثالثة). مطبعة جامعة أكسفورد.

  9. بويرجر، م. ج. (1978). علم البلورات الابتدائي: مقدمة في الميزات الهندسية الأساسية للبلورات. مطبعة معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا.

  10. تيلي، ر. ج. (2006). البلورات والهياكل البلورية. وايلي.

جرب آلة حساب مؤشرات ميلر لدينا اليوم لتحديد مؤشرات الميلر لأي مستوى بلوري بسرعة ودقة. سواء كنت طالبًا يتعلم علم البلورات، أو باحثًا يحلل هياكل المواد، أو مهندسًا يصمم مواد جديدة، ستساعدك هذه الأداة في تحديد وفهم المستويات البلورية بسهولة.