Теплофизические свойства твердых тел
Автор программы: д. ф.-м. н., Ефимов В.Б.
Цель дисциплины: дать студенту систематическое изложение теоретических и экспериментальных основ физики динамики решетки, методов термодинамики в физике твердого тела, влияние размеров кристаллов и роли поверхностных эффектов на термодинамические свойства наноматериалов. Наряду с традиционными разделами физики кристаллической решетки в курсе затрагиваются проблемы квантовых кристаллов и квантовых жидкостей, слушатели получают представление о практической термометрии при разных температурах, работе с низкотемпературными приборами.
Задачи: развитие у студентов навыков физического мышления, умения ставить и решать задачи по проведению исследований теплофизических свойств твердых тел при разных температурах, свободно владеть основными определениями и терминологией в рамках данного курса.
Краткое содержание дисциплины:
| 1 | Дифракция в кристаллах. Обратная решетка. Зоны Бриллюэна. Форм-фактор. Температурная зависимость линий отражения. |
2 |
Типы связей в кристаллах. Кристаллы инертных газов. Ионные кристаллы. Ковалентные кристаллы. Металлические кристаллы. Водородные связи. Поверхностные состояния. |
3 |
Упругие свойства кристаллов. Упругие деформации. Упругие волны в кристаллах. Определение упругих постоянных. Звук в твердых телах. |
4 |
Фононы и колебания решетки. Квантовый характер колебаний решетки. Колебания в решетки одинаковых атомов. Решетка с двумя атомами в примитивной ячейке. Локальные фононные колебания. |
5 |
Тепловые свойства диэлектриков. Теплоемкость, модель Эйнштейна и Дебая. Ангармонические взаимодействия в кристаллах. Теплоемкость аморфных веществ. |
6 |
Фононы в наноструктурах, трехмерные и двухмерные структуры |
7 |
Экспериментальные методы определения фононного спектра. Рассеяние нейтронов и электромагнитного излучения кристаллом. Взаимодействия излучения с колебаниями решетки, Рамановское рассеяние света. Влияние размеров кристаллитов на рассеяние рентгеновского излучения. |
8 |
Теплопроводность. Фононы и уравнение Больцмана. N и U процессы. Второй звук. |
9 |
Теплопроводность идеальных и неидеальных кристаллов, аморфных тел, рассеяние фононов на поверхностях нанокристаллитов. |
10 |
Квантовые кристаллы и жидкости. Параметр де Бура. Нулевые колебания. Фазовая диаграмма квантовых жидкостей |
11 |
Методы получения низких температур. Экспериментальная физика низких температур. Криостаты на откачке паров криогенных жидкостей, криостаты растворения и размагничивания. Pulsetubes. |
12 |
Свойства твердых тел при низких температурах. Перенос тепла и теплоизоляция. |
13 |
Основы измерения температура и температурные шкалы. Первичные и вторичные температурные шкалы. Реперные точки |
14 |
Практические методы измерения температуры. |
Общая трудоемкость дисциплины: 2 зачетные единицы.
Форма промежуточной аттестации: зачет с оценкой.