Физика вещества
 +7 (495) 939-20-03
 kofms@phys.msu.ru

Лекции

Физика вещества

Введите что-нибудь для фильтрации.

Лектор

Ирина Юрьевна Гайдукова

Доцент, к.ф.-м.н.

Аннотация

Спецкурс «Физика вещества» знакомит студентов-геофизиков с фундаментальными принципами строения и свойств вещества в различных агрегатных состояниях (газ, жидкость, твёрдое тело). В курсе рассматриваются основы молекулярно-кинетической теории, термодинамики, статистической физики и квантовой механики, необходимые для понимания микроскопических процессов, определяющих макроскопические свойства материалов. Особое внимание уделяется физике твёрдого тела (кристаллическая структура, упругие, тепловые, электрические и магнитные свойства), что имеет ключевое значение для интерпретации геофизических данных и понимания свойств горных пород и минералов.

Программа курса

  1. Основные понятия в молекулярно-кинетической теории и подходы при описании строения вещества.
  2. Внутренняя энергия термодинамической системы — функция состояния. Первое начало термодинамики.
  3. Идеальный газ. Уравнение состояние идеального газа. Внутренняя энергия и теплоемкость идеального газа.
  4. Уравнение адиабаты идеального газа. Политропические процессы.
  5. Энтропия как функция состояния. Свойства энтропии.
  6. Флуктуации. Принцип детального равновесия.
  7. Давление газа на стенку сосуда.
  8. Средняя скорость молекул газа. Степени свободы молекулы. Средняя энергия молекул газа. Распределение энергии по степеням свободы. Теплоемкость газа.
  9. Распределение молекул по скоростям (Распределение Максвелла). Свойства функции распределения Максвелла, наиболее вероятная, средняя, среднеквадратичная скорость.
  10. Барометрическая формула. Распределение молекул в поле потенциальных сил (распределение Больцмана).
  11. Реальные газы. Силы Ван дер Ваальса. Зависимость потенциальной энергии взаимодействия двух молекул от расстояния между их центрами.
  12. Изотермы реального газа. Насыщенный пар. Критическое состояние. Переохлажденный пар, перегретая жидкость.
  13. Уравнение Ван дер Ваальса. Связь констант Ван дер Ваальса с критическими параметрами. Внутренняя энергия реального газа.
  14. Жидкое состояние. Поверхностное натяжение. Поверхностная энергия. Коэффициент поверхностного натяжения. Силы поверхностного натяжения. Давление под изогнутой поверхностью жидкости. Формула Лапласа.
  15. Явления на границе жидкости и твердого тела. Краевой угол. Смачивание, несмачивание. Капиллярные явления.
  16. Явления переноса, диффузия, теплопроводность, внутренне трение, Эмпирические уравнения.
  17. Эффективный диаметр и эффективное сечение молекулы. Средняя длина свободного побега молекулы.
  18. Уравнение диффузии в молекулярно-кинетической теории. Выражения для коэффициентов диффузии, теплопроводности и вязкости.
  19. Кристаллическое состояние. Кристаллографические системы. Индексы Миллера. Обратная решетка. Методы исследования кристаллической структуры.
  20. Классификация кристаллов по типам сил связей. Ионные кристаллы. Ковалентные кристаллы. Металлическая связь. Молекулярные кристаллы. Кристаллы с водородными связями.
  21. Упругие свойства кристаллов. Закон Гука. Модуль Юнга. Коэффициент Пуассона. Энергия упругой деформации.
  22. Характер теплового движения частиц в кристалле. Спектр колебаний решетки. Фононы. Температура Дебая. Теплоемкость твердого тела.
  23. Тепловое расширение твердого тела. Теплопроводность.
  24. Принцип неопределенности Гейзенберга. Уравнение Шредингера. Уравнение Шредингера для стационарных состояний.
  25. Частица в потенциальной яме.
  26. Атом водорода. Квантовые числа. Многоэлектронный атом.
  27. Зонная теория твердого тела. Приближение слабой связи. Зоны Бриллюэна.
  28. Зонная теория твердого тела. Приближение сильной связи.
  29. Распределение электронов по энергетическим уровням внутри зоны. Функция распределения для вырожденного электронного газа. Функция Ферми-Дирака. Энергия Ферми.
  30. Влияние температуры на электронное распределение вырожденного газа. Температура вырождения и теплоемкость вырожденного электронного газа. Функция распределения невырожденного электронного газа.
  31. Зонная структура металлов, полупроводников и диэлектриков.
  32. Электропроводность металлов.
  33. Эффект Холла.
  34. Собственные полупроводники. Примесные полупроводники. p-n переход. Полупроводниковые устройства.
  35. Магнитные свойства вещества.

Литература

  1. А. Н. Матвеев. Молекулярная физика. М.: Высшая школа, 2003.
  2. И. В. Савельев. Курс общей физики: учебн. пособие в 5 кн. Книга 5. М: Физматлит, 1998.
  3. Ч. Киттель. Элементарная физика твердого тела. М.: Наука. 1965.
  4. П. В. Павлов, А. Ф. Хохлов. Физика твердого тела: учебн. пособие. М.: Высшая школа, 2000.
  5. Д. Д. Гуло, Г. Е. Пустовалов. Молекулярная физика. М.: изд. МГУ. 1983.
  6. Е. П. Свирнина, Л. П. Шляхина. Элементы физики твердого тела. М.: изд. МГУ. 1981.
  7. Е. П. Свирнина, Л. П. Шляхина. Электрические и магнитные свойства твердого тела. М.: изд. МГУ. 1997.

Другие лекции, читаемые на этом факультете