Перегляд вихідного коду сторінки Дистанційний курс "Фізика твердого тіла", 5 курс, спеціальність "Фізика та інформатика"


<div style="{{float right}}">__TOC__</div>
=Фізика твердого тіла=



==Мета та завдання навчального курсу==
''Метою викладання дисципліни'' є узагальнення теоретичних основ і практичних питань фізики твердого тіла для студентів педагогічних закладів вищої освіти (денної і заочної форм навчання).

''Завдання курсу'' фізики твердого тіла зводиться по суті до встановлення зв’язків між властивостями індивідуальних атомів і молекул та властивостями, що виявляються під час об’єднання атомів або молекул у велетенські асоціації у вигляді регулярно упорядковані системи – кристали. Ці властивості можна пояснити, опираючись на прості фізичні моделі твердих тіл. Реальні кристали та аморфні тіла значно складніші, але ефективність і корисність простих моделей не можна недооцінювати. Звичайно реальні кристали та аморфні тіла значно складніші, ніж збудовані фізиками моделі, але ефективність і корисність простих моделей дає можливість закласти необхідний фундамент до вивчення сучасної атомної фізики.

У результаті вивчення навчального курсу студент повинен 

''знати:''

- основні поняття та елементи теорії кристалічного стану речовини, володіти поняттями «динаміка решітки», «теплоємність кристалів»; 

- елементи зонної теорії кристалів; 

- метали, напівпровідники та діелектрики; 

- кінетичні явища в кристалах, магнітні властивості речовини, надпровідність, основні поняття квантової радіофізики; 

- властивості та закономірності речовини у стані плазми;

- закономірності будови кристалічних матеріалів, способи визначення їх структури, природу утворення - міжатомного зв’язку в твердих тілах;

- механізми теплових властивостей твердих тіл та електронну теорію металів;

- вплив дефектів на певні фізичні властивості в твердих тілах.


''вміти:'' 

- застосувати отримані знання для розв’язання поставлених перед завдань;

- підбирати математичні моделі до основних процесів, що відбуваються в твердих тілах;

- використовувати закони міжатомної взаємодії;

- застосовувати фізичні теорії для опису зв’язку між дефектною, електронною і кристалічною структурою кристалів;

- застосовувати здобуті знання для одержання, аналізу та пояснення наукових результатів з широкого спектру питань в дослідницькій роботі в області фізики твердого тіла.


[https://owncloud.kspu.kr.ua/index.php/s/zuYiDrzQ1jnblqn Робоча програма курсу]

==Автор (автори) курсу==

[[Користувач:Садовий Микола Ілліч|Садовий Микола Ілліч]] – професор, доктор педагогічних наук

[[Користувач:Otrifonova|Трифонова Олена Михайлівна]] – доцент, доктор педагогічних наук

=Учасники=
[[Група 52, факультет фізико-математичний 2015-2016 н.р.]] викладач [[Користувач:Садовий Микола Ілліч|Садовий Микола Ілліч]]

=Графік навчання=

==Варіант Структура ==

===Змістовий модуль 1===
Навчальні теми змістового модуля 1.

Вступ

Кристали
Тема 1. Основні поняття та елементи теорії кристалічного стану речовини. Кристалічна решітка. Елементарна комірка та її параметри. Трансляційна симетрія решітки, вектор трансляції. Дефекти кристалічної решітки. Решітки Браве. Типи кристалічних сингоній. Основні операції симетрії. Обернений простір, обернена решітка. Зони Брілюена. Дифракція на ідеальній кристалічній решітці, рівняння Вульфа-Бреггів. Методи рентгеноструктурного аналізу (метод Лауе, метод Дебая-Шеррера).

Тема 2. Динаміка решітки. Тепловий рух у кристалі. Пружні коливання. Пружність. Квантування коливань решітки, квазічастинки – фонони. Коливання одновимірного кристалу. Нормальні коливання кристалу, оптична та акустична вітки. Нульові коливання решітки. Коливання ланцюжка з частинок двох сортів (з базисом).

Тема 3. Теплоємність кристалів. Статистика фононів і теплоємність решітки при високих та низьких температурах. Емпіричний закон Дюлонга і Пті та класична теорія теплоємності кристалів. Теорія теплоємності кристалічної решітки в моделі Ейнштейна. Теорія теплоємності кристалічної решітки в моделі Дебая. Закон “кубів” Дебая. Характеристична температура Дебая. Ангармонізм коливань та його роль в тепловому розширенні кристалів. Теплопровідність кристалічної решітки та її пояснення за допомогою моделі фононів.

Тема 4. Елементи зонної теорії кристалів. Вільні електрони в періодичному полі кристалічної решітки. Теорема Блоха. Класична теорія вільних електронів. Зонна структура енергетичного спектра електронів у кристалі. Енергетичні ріні. Динаміка руху електронів у кристалі. Ефективна маса. Діркові стани. Поділ кристалічних твердих тіл на провідники, напівпровідники та діелектрики.

===Змістовий модуль 2===
Навчальні теми змістового модуля 2.

Метали, напівпровідники та діелектрики

Тема 5. Метали. Характерні ознаки металічного стану. Електрони провідності в металах. Енергетичний спектр електронів провідності в металах при 0 К. Рівень Фермі. Середня енергія електронів в металах при 0 К. Вироджений та невироджений електронний газ. Температура Фермі. Електропровідність металів та її залежність від температури. Поверхня Фермі, радіус Фермі-сфери, Фермі–швидкість, Фермі-імпульс. Робота виходу електронів з металу та контактна різниця потенціалу. Термоелектронна емісія. Формула Річардсона-Дешмана.

Тема 6. Напівпровідники. Характерні ознаки напівпровідникового стану. Однорідні напівпровідники без домішок Власна провідність та її залежність від температури. Домішкова провідність однорідних напівпровідників. Донорні та акцепторні домішки. Роль дефектів кристалічної решітки. Рухливість вільних носіїв заряду в напівпровідниках, та її залежність від температури. Температурна залежність концентрації носіїв заряду та питомої електропровідності напівпровідників. Фотопровідність напівпровідників. Елементарні збудження в напівпровідниках – екситони. Неоднорідні напівпровідники. Утворення р-n-переходу (запірного шару) на межі областей кристала з різним типом провідності. Товщина запірного шару та її залежність від прикладеної до р-n-переходу зовнішньої електричної напруги. Вентильні властивості запірного шару. Вольт – амперна характеристика. Кристалічний діод та його використання за містковою схемою для двонапівпровідникового випрямлення змінного струму. Кристалічний тріод та його використання в колі генератора незатухаючих електромагнітних коливань.

Тема 7. Діелектрики. Електричні властивості діелектриків. Елективна міцність. Електропровідність діелектриків при їх нагріванні. Статична електрична поляризація діелектриків. Поляризація зміщення: електронна та іонна. Середнє та ефективне поле в діелектриках. Формула Лоренц-Лоренца. Формула Клаузіуса-Мосотті. Сегнетоелектрики та анти сегнетоелектрики.

===Змістовий модуль 3===
Навчальні теми змістового модуля 3.

Кінетичні та квантові явища в кристалах

Тема 8. Кінетичні явища в кристалах. Кінетичне рівняння Больцмана. Кінетичні коефіцієнти. Закон Відемана-Франца. число Лоренца. Термоелектричні явища. Об‘ємна термо-ЕРС в однорідних напівпровідниках. Прямий та обернений термоелектричний ефекти. Термоелементи. Гальваномагнітні явища. Гальваномагнітні явища. Ефект Холла в напівпровідниках та його практичне використання. Фотоелектричні явища в напівпровідниках. Фотоелементи. Сонячні батареї.

Тема 9. Магнітні властивості речовини. Елементарні носії магнетизму в атомах і молекулах речовини. Парамагнетики, діамагнетики. Температурна залежність намагніченості парамагнетиків. Магнітні властивості електронного газу в металах (парамагнетизм Паулі, діамагнетизм Ландау). Магнітне упорядкування. Феромагнетики. Молекулярне поле Вейсса. Спонтанне намагнічення доменів. Крива намагнічування. Температурна залежність намагніченості феромагнетиків. Гіромагнітні явища. Гіромагнітне відношення. Обмінна взаємодія та критерій феромагнетизму. Моделі Гейзенберга і Фейнмана. Антиферомагнетики та ферімагнетики. Квазічастинки – магнони. Спінові хвилі. Магнітні матеріали та їх технічне використання.

Тема 10. Надпровідність. Відкриття надпровідності. Критичні параметри надпровідного стану речовини. Квантування магнітного потоку, ефект Мейснера. Магнітні властивості речовини у надпровідному стані. Високотемпературна надпровідність та перспективи її практичного використання. Елементи мікроскопічної теорії надпровідності. Куперівські пари. Рівняння Лондонів. Тунельний ефект у надпровідниках.

Тема 11. Квантова радіофізика. Спонтанне та стимульоване (індуковане) випромінювання. Стан системи з інверсією заселеностей. “Від’ємні” абсолютні температури. Квантовий генератор на пучку молекул аміаку. Резонатор. Трирівнева схема оптичного квантового генератора. Метастабільні рівні. Накачування. Квантовий підсилювач. Гелій-неоновий лазер. Твердотілий ОКГ на рубіні. Застосування оптичних квантових генераторів.

Тема 12. Речовина у стані плазми. Плазмовий стан речовини у Всесвіті. Основні параметри плазми (коефіцієнт іонізації, електронна та іонна температури, концентрація, час життя). Рівноважна та нерівноважна плазма. Деякі способи утворення плазми. Елементарні процеси у плазмі (іонізація, рекомбінація, перезаряджання). Коливання і хвилі у плазмі. Лангмюрівська частота власних коливань у плазмі. Поширення електромагнітних хвиль у плазмі. Електричне поле у плазмі. Дебаєвський радіус екранування. Плазма в магнітному полі. Плазмони – квазічастинки у плазмі. “Розігрівання” плазми. Плазма і проблема керованих термоядерних реакцій.

=Зміст курсу=
==Змістовий модуль І. Назва модулю==
===Тема 1. Вступ. Основні поняття фізики твердого тіла (ФТТ) ===
====Теоретичний матеріал====
[https://owncloud.kspu.kr.ua/public.php?service=files&t=29da1b9569903bc182bc41f5fcb3b174 Лекція №1]

[https://owncloud.kspu.kr.ua/public.php?service=files&t=842b048de89fba6f8d012445694378c5 Лекція №2]

[https://owncloud.kspu.kr.ua/public.php?service=files&t=675de22ffc3ae5cd797d28029940c393 Лекція №3 ]

[https://owncloud.kspu.kr.ua/public.php?service=files&t=4846475ad27dbcf7d0e5e73a7844c528  Лекція №4]

====Практичні завдання====
[https://owncloud.kspu.kr.ua/public.php?service=files&t=841ab19d9cdfacacdead2feeda3070d2 Практична №1]


====Самостійна робота====

[https://www.dropbox.com/sh/haf7uew7jqk1hus/AACW5eD7hNdVgc6N64XIF_6Ta/%D0%95%D1%82%D0%B0%D0%BF%D0%B8%20%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%BE%D1%80%D0%B5%D0%BD%D0%BD%D1%8F%20%D0%B4%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B0%D0%BD%D1%86%D1%96%D0%B9%D0%BD%D0%BE%D0%B3%D0%BE%20%D0%BA%D1%83%D1%80%D1%81%D1%83%20%D0%B7%D0%B0%D1%81%D0%BE%D0%B1%D0%B0%D0%BC%D0%B8%20%D0%92%D1%96%D0%BA%D1%96.docx?dl=0 Самостійна робота №1]

[https://www.dropbox.com/sh/haf7uew7jqk1hus/AACW5eD7hNdVgc6N64XIF_6Ta/%D0%95%D1%82%D0%B0%D0%BF%D0%B8%20%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%BE%D1%80%D0%B5%D0%BD%D0%BD%D1%8F%20%D0%B4%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B0%D0%BD%D1%86%D1%96%D0%B9%D0%BD%D0%BE%D0%B3%D0%BE%20%D0%BA%D1%83%D1%80%D1%81%D1%83%20%D0%B7%D0%B0%D1%81%D0%BE%D0%B1%D0%B0%D0%BC%D0%B8%20%D0%92%D1%96%D0%BA%D1%96.docx?dl=0 Самостійна  робота №2]

==Змістовий модуль ІІ. Назва модулю==
===Тема 2. Зонна теорія ТТ. Метали.  Напівпровідники ===
====Теоретичний матеріал====
[https://owncloud.kspu.kr.ua/public.php?service=files&t=76d40d93ab75b1afecfa76133f2aff68 Лекція №5]

[https://owncloud.kspu.kr.ua/public.php?service=files&t=420f2eff2b1011d47b3380c796267061 Лекція №6]

[https://owncloud.kspu.kr.ua/public.php?service=files&t=bac63f9ad9eb6153e7ddeff4bca1ae40 Лекція №7]

====Практичні завдання====
[https://www.dropbox.com/sh/haf7uew7jqk1hus/AACW5eD7hNdVgc6N64XIF_6Ta/%D0%95%D1%82%D0%B0%D0%BF%D0%B8%20%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%BE%D1%80%D0%B5%D0%BD%D0%BD%D1%8F%20%D0%B4%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B0%D0%BD%D1%86%D1%96%D0%B9%D0%BD%D0%BE%D0%B3%D0%BE%20%D0%BA%D1%83%D1%80%D1%81%D1%83%20%D0%B7%D0%B0%D1%81%D0%BE%D0%B1%D0%B0%D0%BC%D0%B8%20%D0%92%D1%96%D0%BA%D1%96.docx?dl=0 Практична №1]

[https://www.dropbox.com/sh/haf7uew7jqk1hus/AACW5eD7hNdVgc6N64XIF_6Ta/%D0%95%D1%82%D0%B0%D0%BF%D0%B8%20%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%BE%D1%80%D0%B5%D0%BD%D0%BD%D1%8F%20%D0%B4%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B0%D0%BD%D1%86%D1%96%D0%B9%D0%BD%D0%BE%D0%B3%D0%BE%20%D0%BA%D1%83%D1%80%D1%81%D1%83%20%D0%B7%D0%B0%D1%81%D0%BE%D0%B1%D0%B0%D0%BC%D0%B8%20%D0%92%D1%96%D0%BA%D1%96.docx?dl=0 Практична №2]

====Самостійна робота====

[https://www.dropbox.com/sh/haf7uew7jqk1hus/AACW5eD7hNdVgc6N64XIF_6Ta/%D0%95%D1%82%D0%B0%D0%BF%D0%B8%20%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%BE%D1%80%D0%B5%D0%BD%D0%BD%D1%8F%20%D0%B4%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B0%D0%BD%D1%86%D1%96%D0%B9%D0%BD%D0%BE%D0%B3%D0%BE%20%D0%BA%D1%83%D1%80%D1%81%D1%83%20%D0%B7%D0%B0%D1%81%D0%BE%D0%B1%D0%B0%D0%BC%D0%B8%20%D0%92%D1%96%D0%BA%D1%96.docx?dl=0 Самостійна робота №1]

[https://www.dropbox.com/sh/haf7uew7jqk1hus/AACW5eD7hNdVgc6N64XIF_6Ta/%D0%95%D1%82%D0%B0%D0%BF%D0%B8%20%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%BE%D1%80%D0%B5%D0%BD%D0%BD%D1%8F%20%D0%B4%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B0%D0%BD%D1%86%D1%96%D0%B9%D0%BD%D0%BE%D0%B3%D0%BE%20%D0%BA%D1%83%D1%80%D1%81%D1%83%20%D0%B7%D0%B0%D1%81%D0%BE%D0%B1%D0%B0%D0%BC%D0%B8%20%D0%92%D1%96%D0%BA%D1%96.docx?dl=0 Самостійна  робота №2]

==Змістовий модуль ІІІ. Назва модулю==
===Тема 1. Діелектрики. Кінетичні явища у кристалах. Магнітні властивості речовин ===
====Теоретичний матеріал====
[https://owncloud.kspu.kr.ua/public.php?service=files&t=eaa62f1044a610b9bfc42298f0cbefe1 Лекція №8]

[https://owncloud.kspu.kr.ua/public.php?service=files&t=4143aaafc70041575996c7236c7f53f2 Лекція №9]

[https://owncloud.kspu.kr.ua/public.php?service=files&t=ede81f395380745f59bb92a0c4a57c44 Лекція №10]

====Практичні завдання====
[https://www.dropbox.com/sh/haf7uew7jqk1hus/AACW5eD7hNdVgc6N64XIF_6Ta/%D0%95%D1%82%D0%B0%D0%BF%D0%B8%20%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%BE%D1%80%D0%B5%D0%BD%D0%BD%D1%8F%20%D0%B4%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B0%D0%BD%D1%86%D1%96%D0%B9%D0%BD%D0%BE%D0%B3%D0%BE%20%D0%BA%D1%83%D1%80%D1%81%D1%83%20%D0%B7%D0%B0%D1%81%D0%BE%D0%B1%D0%B0%D0%BC%D0%B8%20%D0%92%D1%96%D0%BA%D1%96.docx?dl=0 Практична №1]

[https://www.dropbox.com/sh/haf7uew7jqk1hus/AACW5eD7hNdVgc6N64XIF_6Ta/%D0%95%D1%82%D0%B0%D0%BF%D0%B8%20%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%BE%D1%80%D0%B5%D0%BD%D0%BD%D1%8F%20%D0%B4%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B0%D0%BD%D1%86%D1%96%D0%B9%D0%BD%D0%BE%D0%B3%D0%BE%20%D0%BA%D1%83%D1%80%D1%81%D1%83%20%D0%B7%D0%B0%D1%81%D0%BE%D0%B1%D0%B0%D0%BC%D0%B8%20%D0%92%D1%96%D0%BA%D1%96.docx?dl=0 Практична №2]

====Самостійна робота====

[https://www.dropbox.com/sh/haf7uew7jqk1hus/AACW5eD7hNdVgc6N64XIF_6Ta/%D0%95%D1%82%D0%B0%D0%BF%D0%B8%20%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%BE%D1%80%D0%B5%D0%BD%D0%BD%D1%8F%20%D0%B4%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B0%D0%BD%D1%86%D1%96%D0%B9%D0%BD%D0%BE%D0%B3%D0%BE%20%D0%BA%D1%83%D1%80%D1%81%D1%83%20%D0%B7%D0%B0%D1%81%D0%BE%D0%B1%D0%B0%D0%BC%D0%B8%20%D0%92%D1%96%D0%BA%D1%96.docx?dl=0 Самостійна робота №1]

[https://www.dropbox.com/sh/haf7uew7jqk1hus/AACW5eD7hNdVgc6N64XIF_6Ta/%D0%95%D1%82%D0%B0%D0%BF%D0%B8%20%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%BE%D1%80%D0%B5%D0%BD%D0%BD%D1%8F%20%D0%B4%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B0%D0%BD%D1%86%D1%96%D0%B9%D0%BD%D0%BE%D0%B3%D0%BE%20%D0%BA%D1%83%D1%80%D1%81%D1%83%20%D0%B7%D0%B0%D1%81%D0%BE%D0%B1%D0%B0%D0%BC%D0%B8%20%D0%92%D1%96%D0%BA%D1%96.docx?dl=0 Самостійна  робота №2]

Змістовий модуль IV.
===Тема Оптичні квантові генератори. Речовини у стані плазми ===
====Теоретичний матеріал====
[https://owncloud.kspu.kr.ua/public.php?service=files&t=04a5f9c8a6697cbbad17b65a1ab362ce Лекція №12]

[https://owncloud.kspu.kr.ua/public.php?service=files&t=d2f61a0d35925d7f53c6455a036dce24 Лекція №13]



----

=Ресурси=
==Рекомендована література==
===Базова===
[https://owncloud.kspu.kr.ua/public.php?service=files&t=b9d80f3eb121511706e799f526c4cb88 Базова література]

===Допоміжна===

[https://owncloud.kspu.kr.ua/public.php?service=files&t=aade9a4428a82959a02397a4f10f4353 Додаткова література]

==Інформаційні ресурси==

[https://owncloud.kspu.kr.ua/public.php?service=files&t=a77bdb827bbc228ca0836b8d2f7b7a1e Інформаційні ресурси]
[[Категорія:Навчальні курси]]