Контрольная Физика твердого тела. Вопросы 1 – 18. Учебная работа № 187392

Учебная работа № 187392. Контрольная Физика твердого тела. Вопросы 1 – 18

Выдержка из похожей работы

…….

Некоторые положения физики твердого тела

…..дования.
Исследователя, работающего в области физики
твердого тела, интересуют такие материалы, как металлы и сплавы,
полупроводники, диэлектрики и магнитные материалы. Многие из них относятся к
кристаллическим веществам: их атомы расположены так, что образуют правильную
трехмерную решетку – периодическую структуру. Нарушения идеальной периодичности
могут быть обусловлены химическими примесями, незаполненными (вакантными)
атомными узлами, атомами внедрения (в промежутках между узлами), а также
дислокациями. Во многих случаях подобными нарушениями или отклонениями от
строгой периодичности существенным образом определяются физические свойства
кристаллических твердых тел. Управляя концентрацией подобных дефектов или
целенаправленно создавая их, можно получать «наперед заданные» свойства твердых
тел. Такая технология играет первостепенную роль, например, в области
полупроводниковой микроэлектроники. Другой класс материалов, представляющий
интерес для физики твердого тела, – это стеклообразные, или аморфные, материалы.
Атомы в таких материалах располагаются в общем так же, как и в жидкостях, т.е.
они упорядочены лишь в пределах нескольких межатомных расстояний от каждого
атома, принятого за центральный. Иначе говоря, для стекол характерен ближний
порядок в расположении атомов, а не дальний, как в кристаллической структуре.К
физическим свойствам твердых тел относятся механические, тепловые,
электрические, магнитные и оптические свойства. Их изучают, наблюдая, как ведет
себя образец при изменении температуры, давления или объема, в условиях
механических напряжений, электрических и магнитных полей, температурных
градиентов, а также под воздействием различных излучений – света, рентгеновских
лучей, пучков электронов, нейтронов и т.п. Значительная часть лабораторного оборудования,
необходимая для изучения этих свойств, сама состоит из твердотельных устройств.
Химические свойства твердых тел особенно существенны при изучении поверхностных
явлений.
Твердое тело состоит из атомов. Само его
существование указывает на наличие интенсивных сил притяжения, связывающих
атомы воедино, и сил отталкивания, без которых между атомами не было бы
промежутков. В результате таких взаимодействий атомы твердого тела частично
теряют свои индивидуальные свойства, и именно этим объясняются новые, коллективные
свойства системы атомов, которая называется твердым телом. Какова природа этих
сил? Свободный атом состоит из положительно заряженного ядра и некоторого числа
отрицательно заряженных электронов (масса которых значительно меньше массы
ядра). Хорошо известные кулоновские (электрические) силы, действующие между
заряженными частицами, создают притяжение между ядром и электронами, а также
взаимное отталкивание между электронами. Поэтому твердое тело можно
рассматривать как состоящее из системы взаимно отталкивающихся ядер и системы
взаимно отталкивающихся электронов, причем обе эти системы притягиваются друг к
другу. Физические свойства такого объекта определяются двумя фундаментальными
физическими теориями – квантовой механикой и статистической механикой. Хотя
характер взаимодействий между частицами известен, их необычайно большое число
(1022 ядер и еще больше электронов в 1 см3) не позволяет дать точное
теоретическое описание твердого тела.
Рассмотрим силы, которые удерживают вместе атомы
в кристалле. Связь между атомами обеспечивается электростатическими силами и
силами, имеющими квантово-механическую природу. Происхождение последних –
принцип запрета Паули. При действии только электростатических сил, согласно
теореме Ирншоу, устойчивая статическая конфигурация электростатических зарядов
невозможна.
Для существования стабильных связей между
атомами в кристалле …