Студент бакалавриата
  1. Классическая механика  1.1. динамика  1.1.1. Движение в одном измерении  1.1.2. Движение в двух измерениях  1.1.3. движение снаряда  1.1.4. Относительная скорость  1.1.5. Равномерное круговое движение  1.1.6. Неравномерное круговое движение  1.1.7. Системы отсчета и преобразования  1.2. Законы движения Ньютона  1.2.1. Первый закон движения  1.2.2. Second law of motion  1.2.3. Third Law of Motion  1.2.4. Применение законов Ньютона  1.2.5. Трение и его виды  1.2.6. Диаграмма свободного тела  1.2.7. Ограничения и псевдо-силы  1.3. Work and Energy  1.3.1. работа, проделанная силой  1.3.2. Теорема о работе и энергии  1.3.3. Кинетическая энергия  1.3.4. Потенциальная энергия в классической механике  1.3.5. Консервативные и неконсервативные силы  1.3.6. Сохранение энергии  1.3.7. Мощность и КПД  1.4. Скорость и столкновения  1.4.1. Линейный импульс  1.4.2. Закон сохранения импульса  1.4.3. Impulse and impact force  1.4.4. Упругие и неупругие столкновения  1.4.5. Центр масс и скорость  1.4.6. Rocket Propulsion  1.5. Вращательное движение  1.5.1. Крутящий момент и угловой момент  1.5.2. Момент инерции  1.5.3. Кинематика вращения  1.5.4. Вращательная энергия  1.5.5. Rolling Motion  1.5.6. Precession and gyroscopic motion  1.6. Gravitational force  1.6.1. Закон всемирного тяготения Ньютона  1.6.2. Гравитационная потенциальная энергия  1.6.3. Orbital mechanics  1.6.4. Kepler's laws of planetary motion  1.6.5. Гравитационное поле и потенциал  1.7. Fluid mechanics  1.7.1. Давление и принцип Паскаля  1.7.2. Плавучесть и принцип Архимеда  1.7.3. Динамика жидкостей и принцип Бернулли  1.7.4. Вязкость и закон Пуазейля  1.7.5. Поверхностное натяжение и капиллярность  1.8. Колебания и волны  1.8.1. Простое Гармоническое Движение  1.8.2. Затухающие и вынужденные колебания  1.8.3. Связанные колебания и нормальные режимы  1.8.4. Wave properties and types  1.8.5. Звуковые волны и эффект Доплера  1.8.6. Интерференция волн и суперпозиция
  2. Электромагнетизм  2.1. Электростатика  2.1.1. Electric charge and properties  2.1.2. Coulomb's law  2.1.3. Электрическое поле и электрический потенциал  2.1.4. Закон Гаусса  2.1.5. Capacitance and Dielectric  2.1.6. Электрический диполь и потенциальная энергия  2.2. Electric circuits  2.2.1. Ток и сопротивление  2.2.2. Закон Ома  2.2.3. Kirchhoff's Laws  2.2.4. RC цепь  2.2.5. AC Circuits and Reactance  2.2.6. Электрическая мощность и энергия  2.3. Магнетизм  2.3.1. Магнитные поля и силы  2.3.2. Закон Ампера  2.3.3. Magnetic dipole moment  2.3.4. Закон Био-Савара  2.3.5. Magnetic Materials and Hysteresis  2.4. Электромагнитная индукция  2.4.1. Закон Фарадея  2.4.2. Lenz's law  2.4.3. Самоиндукция и взаимная индукция  2.4.4. Трансформаторы и индуктивные цепи  2.5. Уравнения Максвелла  2.5.1. Закон Гаусса для электричества  2.5.2. Закон Гаусса для магнетизма  2.5.3. Закон индукции Фарадея  2.5.4. Ampere-Maxwell law  2.5.5. Electromagnetic waves
  3. Термодинамика  3.1. Laws of Thermodynamics  3.1.1. Нулевой закон термодинамики  3.1.2. Первый закон термодинамики  3.1.3. Второй закон  3.1.4. Третий закон  3.2. Тепло и работа  3.2.1. Теплопередача (кондукция, конвекция, излучение)  3.2.2. Термическое расширение  3.2.3. Тепловые двигатели и холодильники  3.2.4. Цикл Карно и эффективность  3.3. Статистическая механика  3.3.1. Распределение Максвелла–Больцмана  3.3.2. Энтропия и Вероятность  3.3.3. Функция распределения  3.3.4. Статистика Ферми–Дирака и Бозе–Эйнштейна
  4. Оптика  4.1. Геометрическая оптика  4.1.1. Отражение и преломление  4.1.2. Mirrors and lenses  4.1.3. Optical Instruments  4.1.4. Fermat's principle  4.2. Оптика волн  4.2.1. Интерференция в волновой оптике  4.2.2. Дифракция  4.2.3. Поляризация  4.2.4. Когерентность и голография
  5. Квантовая механика  5.1. Дуализм волна-частица  5.1.1. Излучение абсолютно черного тела в дуализме волны-частицы в квантовой механике  5.1.2. Фотоэлектрический эффект  5.1.3. Комптоновское рассеяние  5.1.4. Длина волны де Бройля  5.2. Уравнение Шрёдингера  5.2.1. Стационарное уравнение Шрёдингера  5.2.2. Частица в ящике  5.2.3. Quantum Tunneling  5.2.4. Потенциальные ямы и барьеры  5.3. Квантовые состояния  5.3.1. Функция волны  5.3.2. Quantum operators  5.3.3. Принцип неопределённости Гейзенберга  5.3.4. Угловой момент и спин
  6. Относительность  6.1. Special relativity  6.1.1. Преобразования Лоренца  6.1.2. Временное расширение и сокращение длины  6.1.3. Релятивистская энергия и импульс  6.2. Общая теория относительности  6.2.1. Принцип Эквивалентности  6.2.2. Метрика Шварцшильда  6.2.3. Гравитационные волны  6.2.4. Чёрные дыры и горизонты событий
  7. Физика твердого тела  7.1. Кристаллическая структура  7.1.1. Решетки Бравэ  7.1.2. Рентгеновская дифракция  7.1.3. Band theory  7.1.4. Фононы и колебания решетки  7.2. Electrical and Magnetic Properties  7.2.1. Conductors, Semiconductors and Insulators  7.2.2. Сверхпроводимость  7.2.3. Эффект Холла
  8. Ядерная и частичная физика  8.1. Atomic Structure  8.1.1. Атомная модель  8.1.2. Энергия связи ядра  8.2. Радиоактивность  8.2.1. Alpha, beta, gamma decay  8.2.2. Период полураспада  8.2.3. Ядерное деление и слияние  8.3. Particle physics  8.3.1. Standard Model  8.3.2. Кварки и лептоны  8.3.3. антиматерия  8.3.4. Фундаментальные взаимодействия
  9. Астрофизика и космология  9.1. Эволюция звезд  9.1.1. Звездообразование  9.1.2. Чёрные дыры и нейтронные звёзды  9.1.3. Белые карлики и сверхновые  9.2. Космология  9.2.1. Теория Большого взрыва  9.2.2. Dark matter and dark energy  9.2.3. Космическое микроволновое фоновое излучение

Студент бакалавриата ↓


Физика твердого тела


Физика твердого тела изучает, как атомы расположены в твердых телах и какие свойства эти твердые тела проявляют в результате их атомной структуры. Эта фундаментальная область физики пытается объяснить, как макроскопические свойства твердого тела возникают из его микроскопических компонентов. Многие современные технологические разработки, такие как полупроводники, лазеры и магнитные материалы, основаны на принципах физики твердого тела.

Структура твердых тел

Одно из первых вещей, которые нужно понять о твердых телах, — это их структура. Когда атомы соединяются, чтобы образовать твердые тела, они часто располагаются в упорядоченном узоре, называемом кристаллической решеткой.

Кристаллическую решетку можно представить как трехмерное расположение атомов, ионов или молекул, которое повторяется в определенной последовательности. Наименьшая повторяющаяся единица, часто называемая параллелепипедом, известна как элементарная ячейка. Некоторые распространенные типы элементарных ячеек следующие:

  • Куб: Все стороны куба равны, и все углы равны 90 градусам.
  • Квадрат: Две стороны равны, и углы равны 90 градусам.
  • Ортогональный: Все стороны неравны, но углы равны 90 градусам.
Куб

Связывающие силы в твердых телах

Тип химической связи, которая удерживает решетку вместе, может значительно повлиять на свойства твердого тела. Существуют различные типы связей:

  • Ионная связь: притяжение между положительными и отрицательными ионами. Пример: хлорид натрия (NaCl).
  • Ковалентная связь: общие пары электронов между атомами. Пример: алмаз.
  • Металлическая связь: Электроны свободно перемещаются в "море электронов". Пример: медь.
  • Сила Ван-дер-Ваальса: Слабая сила из-за постоянных или индукированных диполей. Пример: графит.

Тепловые свойства твердых тел

Поскольку температура влияет на вибрацию атомов, она значительно влияет на тепловое расширение, теплоемкость и другие тепловые свойства твердых тел.

Удельная теплоемкость твердого тела связана с энергией, необходимой для повышения его температуры. Важная модель для описания удельной теплоемкости твердых тел — это закон Дюлонга-Пти. Он приближает молярную теплоемкость многих твердых тел как 3R, где R — это универсальная газовая постоянная.

Электрические и магнитные свойства

Твердые тела классифицируются на проводники, изоляторы и полупроводники на основе их электрической проводимости. Эта классификация в значительной степени зависит от энергетической зонной структуры, которая описывает уровни энергии, которые электроны могут занимать в твердом теле.

Закон Ома важен для понимания электрической проводимости:

V = IR

Это уравнение связывает напряжение V, ток I и сопротивление R

Зонная теория твердых тел

Зонная теория объясняет природу электрических проводников, изоляторов и полупроводников. Согласно этой теории, уровни энергии электронов в твердом теле не четко определены, как в атоме, а распределены по непрерывным зонам.

  • Зона проводимости: Высшая энергетическая зона, в которой электроны свободно проводят электричество.
  • Валентная зона: Энергетическая зона, заполненная валентными электронами.
  • Зонный зазор: Разница в энергии между зоной проводимости и валентной зоной. Большие зонные зазоры характерны для изоляторов, маленькие или отсутствующие зазоры характерны для проводников, а промежуточные зазоры характерны для полупроводников.
зонный зазор зона проводимости валентная зона

Полупроводники

Полупроводники оказали значительное влияние на современную технологию. У них электрическая проводимость между металлами и изоляторами. Их проводимость можно контролировать, добавляя примеси через процесс, называемый легированием.

  • N-тип: В структуру добавляются дополнительные электроны. Обычно это делается путем добавления элементов, таких как фосфор или мышьяк.
  • p-тип: Образуются дыры (отсутствие электронов) путем добавления элементов, таких как бор или галлий.

Магнитные свойства твердых тел

Магнитные свойства твердых тел определяются магнитными моментами атомов и упорядоченностью этих моментов. Существуют различные типы магнитного порядка:

  • Диамагнетизм: Все спины электронов спарены, и твердое тело слабо отталкивается магнитным полем.
  • Парамагнетизм: Твердое вещество слабо притягивается к магнитному полю из-за некоторых неспаренных спинов электронов.
  • Ферромагнетизм: Спины выровнены параллельно в большой области, создавая сильное суммарное магнитное поле. Пример: железо.
  • Антиферромагнетизм: соседние спины расположены антипараллельно, уравновешивая друг друга. Пример: окись марганца.

Сверхпроводимость

Наконец, сверхпроводимость — это явление, при котором материал проявляет нулевое электрическое сопротивление ниже определенной критической температуры. Это позволяет свободное и беспрепятственное движение электронов.

Эффект Джозефсона: Квантово-механическое явление, при котором ток может течь между двумя сверхпроводниками, разделенными тонким изолирующим слоем.


Студент бакалавриата → 7


U
username
0%
завершено в Студент бакалавриата

← Предыдущий (6.2.4)
Чёрные дыры и горизонты событий
Следующий (7.1) →
Кристаллическая структура

Комментарии 



Физика твердого тела

https://www.physicsflow.com/ug/7?pfal=ru