Введение в физические свойста твердых тел

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