ВВЕДЕНИЕ В ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТВЁРДЫХ ТЕЛ
Направление подготовки
020100 ХИМИЯ
Квалификация (степень) выпускника
Бакалавр
Аннотация
Учебный курс “Введение в физические свойства твёрдых тел” разработан для программы
бакалавриата НГУ по направлению “Химия”, читается соответственно в 7 семестре.
Он относится к блоку специальных дисциплин. Требует предварительного прохождения
курса общей физики.
Особое внимание уделяется тензорному представлению физических величин и
рассмотрению влияния структуры твёрдого тела на его свойства.
Цели и задачи учебной дисциплины
Целью курса является формирование у обучающихся представлений об основных
физических свойствах, особенностях их проявлений, способах измерений и зависимости
от структуры твёрдого тела.
Основные задачи: 1) формирование навыков работы с тензорными величинами,
представляющими физические свойства твёрдых тел; 2) достижение понимания
студентами взаимосвязи между симметрией кристаллической структуры и симметрией
физических свойств; 3) знакомство с приёмами создания материалов, обладающих
желаемыми физическими свойствами (механическими, электрическими, магнитными и
оптическими).
Содержание дисциплины:
1. Введение. Предмет изучения. Основные понятия.
2. Тензорное описание физических величин.
3. Механические свойства твёрдых тел. Упругость, пластичность, прочность.
4. Динамика движения ядер в твёрдом теле. Тепловые свойства твёрдых тел.
Колебания кристаллической решётки. Фононы. Распределение Бозе-Эйнштейна.
Теория теплоёмкости твёрдых тел. Теплопроводность. Фазовые переходы.
5. Электрические и магнитные свойства твёрдых тел.
a. Энергетические уровни и плотность состояний электронов.
b. Статистика Ферми.
c. Энергетические зоны.
d. Электропроводность и электронная теплопроводность.
e. Термоэлектрический эффект.
f. Электронная теория дисперсии.
g. Диа-, пара- и ферромагнетизм.
6. Оптические свойства твёрдых тел.
a. Поглощение и рассеяние света в твёрдом теле.
b. Распространение света в кристаллах. Оптическая анизотропия кристаллов.
c. Фотопроводимость и фотоЭДС.
d. Люминесценция.
e. Нелинейные __________оптические эффекты.
7. Фазовые переходы в твёрдом теле.
Учебно-методические материалы дисциплины:
1) лекционные презентации;
2) учебные видео-демонстрации;
3) тестовые задания;
4) учебная литература;
5) список контрольных вопросов.
Контроль изучения дисциплины:
1) Письменные опросы
2) Тестирование
3) Коллоквиум в середине семестра
4) Итоговый экзамен
1. Планируемые результаты обучения:
Целью курса является формирование у обучающихся представлений об основных
физических свойствах, особенностях их проявлений, способах измерений и
зависимости от структуры твёрдого тела.
Основные задачи: 1) формирование навыков работы с тензорными величинами,
представляющими физические свойства твёрдых тел; 2) достижение понимания
студентами взаимосвязи между симметрией кристаллической структуры и симметрией
физических свойств; 3) знакомство с приёмами создания материалов, обладающих
желаемыми физическими свойствами (механическими, электрическими, магнитными и
оптическими).
2. Место дисциплины в структуре образовательной программы:
Дисциплина «Введение в физические свойства твёрдых тел» читается студентам 4 года
обучения (7 семестр) по направлению 020100 «Химия», квалификация бакалавр.
Относится к циклу специальных дисциплин основной образовательной программы.
Изучению дисциплины должен предшествовать курс общей физики.
3. Объем дисциплины: 36 академических часов аудиторных занятий и 72 часа
самостоятельной работы студентов.
4. Содержание дисциплины:
№ Объём учебной работы, час.
п/п
Раздел дисциплины Недели
семестра Аудиторная Самостоятельная
Форма контроля
1 Общие вопросы. Введение. 1 2 4 письменный опрос
2 Тензорное описание физических
величин
2,3 4 8 письменный опрос
3 Механические свойства твёрдых
тел. Упругость.
4 2 4 письменный опрос
4 Пластическая деформация. 5,6 4 8 письменный опрос
5 Прочность, разрушение. 7,8 4 8 письменный опрос
6 Тепловые свойства. 9 2 4 письменный опрос
7 Электронная структура т.т. 11 2 4 письменный опрос
8 Электрические свойства 12,13 4 8 письменный опрос
9 Магнитные свойства 14 2 4 письменный опрос
10 Оптические свойства 15,16 4 8 письменный опрос
11 Фазовые переходы 17 2 4
Итого: 32 64
3
Оценка и контроль усвоения:
№ Объём работы, час.
п/п
Способы оценки и контроля Недели
семестра Аудиторная Самостоятельная
1 Коллоквиум 10 2 4
2 Экзамен 18 2 4
Итого 4 8
5. Перечень учебно-методического обеспечения для самостоятельной работы
обучающихся по дисциплине:
1) лекционные презентации;
2) учебные видео-демонстрации;
3) тестовые задания;
4) учебная литература;
5) список контрольных вопросов.
6. Перечень учебной литературы, необходимой для освоения дисциплины:
1) Основная.
a. Дж. Най. Физические свойства кристаллов. М.: «Мир», 1967.
b. Ч. Киттель. Введение в физику твёрдого тела. М.: «Наука», 1978.
c. А. Вест. Химия твердого тела. Теория и приложения. Т.2 М. «Мир», 1988
2) Дополнительная.
a. Ю.И. Сиротин, М.П. Шаскольская. Основы кристаллофизики. М.: «Наука»,
1975.
b. У. Вустер. Применение тензоров и теории групп для описания физических
свойств кристаллов. М.: «Мир», 1977.
c. Физические величины. Справочник. Гл.2. Симметрийное и тензорное
описание физических свойств кристаллов. М.: «Энергоатомиздат», 1991.
d. А.Келли, Г.Гровс Кристаллография и дефекты в кристаллах. М.: «Мир»,
1974.
e. Современная кристаллография т.4 Физические свойства кристаллов. Под
ред. Б.К.Вайнштейна, М.: «Наука», 1981.
f. К. Хеллан. Введение в механику разрушения. М.: Мир. 1988
g. Ю.Н. Работнов. Введение в механику разрушения. М.: Наука. 1987
h. Г.П. Черепанов. Механика разрушения композиционных материалов. М.:
Наука. 1983
i. . Фудзии, М. Дзако. Механика разрушения композиционных материалов.
М.: Мир. 1982
j. Ю.Г. Матвиенко. Модели и критерии механики разрушения. М.: Физматлит.
2006
4
k. В.З. Партон, Е.М. Морозов. Механика упругопластического разрушения. М.:
Наука. 1985
7. Перечень ресурсов информационно-телекоммуникационной сети “Интернет”,
необходимых для освоения дисциплины: 1) Виртуальная образовательная среда
НГУ et.nsu.ru; 2) Коллекция лекционных демонстраций фильмыпофизике.рф; 3)
система тестирования 84.237.85.162/webtest; 4) сайт кафедры химии твёрдого тела
НГУ htt.nsu.ru
8. Перечень информационных технологий, используемых при осуществлении
образовательного процесса по дисциплине, включая перечень программного
обеспечения и информационных справочных систем: 1) система
дистанционного обучения Moodle; 2) сеть Интернет; 3) мультимедийные
презентации, в том числе учебные видеофильмы и анимации.
9. Описание материально-технической базы, необходимой для осуществления
образовательного процесса по дисциплине: 1) ноутбук, медиа-проектор, экран; 2)
программное обеспечение для демонстрации слайд-презентаций, учебных
видеофильмов и анимаций.
Составитель рабочей программы:
Ст. науч. сотр., ИХТТМ СО РАН,
доцент каф. Химии твёрдого тела НГУ,
доктор физ.-мат. наук И.Ю. Просанов