- •«Физика твердого тела»
- •1. Виды связей в кристаллах.
- •2. Распределение электронов в кристалле по квантовым состояниям (распределение Ферми-Дирака).
- •3. Энергия Ферми, уровень Ферми, температура Ферми (температура вырождения).
- •4. Элементы зонной теории твердых тел. Деление твердых тел на проводники, диэлектрики и полупроводники.
- •5. Классическая теория теплоемкости Дюлонга-Пти для твердых тел, трудности теории.
- •6. Фононы. Распределение фононов по квантовым состояниям (распределение Бозе-Эйнштейна).
- •7. Квантовая теория теплоемкости Дебая для твердых тел. Характеристическая температура Дебая.
- •9. Тепловое излучение тел. Энергетическая светимость, излучательная и поглощательная способности тела. Абсолютно черное тело (ачт).
- •10. Закон Кирхгофа для теплового излучения тел.
- •11. Закон Стефана-Больцмана для теплового излучения тел.
- •12. Первый закон (закон смещения) Вина. Второй закон Вина для теплового излучения тел.
- •13. Формула Рэлея-Джинса для теплового излучения тел. «Ультрафиолетовая катастрофа».
- •14. Фотоны. Распределение фотонов по квантовым состояниям (распределение Бозе-Эйнштейна). Формула Планка для теплового излучения.
- •15. Классическая и квантовая теория электропроводности металлов. Зависимость сопротивления металла от температуры. Сверхпроводимость.
- •16. Собственные полупроводники. Проводимость полупроводников и ее температурная зависимость. Терморезисторы.
- •17. Примесные полупроводники (донорные, акцепторные). Проводимость примесных полупроводников и ее температурная зависимость.
- •18. Фотопроводимость полупроводников. Красная граница фотопроводимости. Полупроводниковые фотоэлементы.
- •19. Контакт электронного и дырочного полупроводников. Полупроводниковый диод, транзистор.
- •20. Термоэлектронная эмиссия и ее практической применение. Контакт двух металлов. Термопара.
5. Классическая теория теплоемкости Дюлонга-Пти для твердых тел, трудности теории.
Закон Дюлонга-Пти (Закон постоянства теплоёмкости) — эмпирический закон, согласно которому молярная теплоёмкость твёрдых тел при комнатной температуре близка к 3R:
Cv = 3R
где R — универсальная газовая постоянная.
6. Фононы. Распределение фононов по квантовым состояниям (распределение Бозе-Эйнштейна).
Фоно́н — квазичастица, введённая советским учёным Игорем Таммом. Фонон представляет собой квант колебательного движения атомов кристалла.
Бозе — Эйнштейна распределение, формула, описывающая распределение по энергетическим уровням тождественных частиц с нулевым или целочисленным спином при условии, что взаимодействие частиц в системе слабо и им можно пренебречь.
ni=(exp((Ei-Mi)/kT)-1)^-1
i-- набор квантовых чисел, характеризующих состояние частицы.
M - хим. потенциал.
7. Квантовая теория теплоемкости Дебая для твердых тел. Характеристическая температура Дебая.
Модель Дебая рассматривает колебания кристаллической решётки как газ квазичастиц — фононов. Эта модель правильно предсказывает теплоёмкость при низких температурах, которая, согласно закону Дебая, пропорциональна T^3. В пределе высоких температур теплоёмкость стремится к 3R, согласно закону Дюлонга — Пти.
Температура Дебая — физическая константа вещества, характеризующая многие свойства твёрдых тел — теплоёмкость, электропроводность, теплопроводность, уширение линий рентгеновских спектров, упругие свойства и т. п. Введена впервые П. Дебаем в его теории теплоёмкости.
Температура Дебая определяется следующей формулой:
Od=(h*Vd)/kb
h- постоянная Планка
Vd-максимальная частота колебаний атомов твёрдого тела
kb-постоянная Больцмана.
8. Теплопроводность твердых тел.
Теплопрово́дность — это перенос тепловой энергии структурными частицами вещества (молекулами, атомами, ионами) в процессе их теплового движения. Такой теплообмен может происходить в любых телах с неоднородным распределением температур, но механизм переноса теплоты будет зависеть от агрегатного состояния вещества.
Численная характеристика теплопроводности материала равна количеству теплоты, проходящей через материал площадью 1 кв.м за единицу времени (секунду) при единичном температурном градиенте. Данная численная характеристика используется для расчета теплопроводности для калибрования и охлаждения профильных изделий.
9. Тепловое излучение тел. Энергетическая светимость, излучательная и поглощательная способности тела. Абсолютно черное тело (ачт).
Теплово́е излуче́ние — электромагнитное излучение с непрерывным спектром, испускаемое нагретыми телами за счёт их тепловой энергии.Примером теплового излучения является свет от лампы накаливания.Мощность теплового излучения объекта, удовлетворяющего критериям абсолютно чёрного тела, описывается законом Стефана — Больцмана.Отношение излучательной и поглощательной способностей тел описывается законом излучения Кирхгофа.Тепловое излучение является одним из трёх элементарных видов переноса тепловой энергии (помимо теплопроводности и конвекции).Равновесное излучение — тепловое излучение, находящееся в термодинамическом равновесии с веществом.
Энергетическая светимость тела -Rt- физическая величина, являющаяся функцией температуры и численно равная энергии, испускаемой телом в единицу времени с единицы площади поверхности по всем направлениям и по всему спектру частот.
Поглощающая способность тела — функция частоты и температуры, показывающая какая часть энергии электромагнитного излучения, падающего на тело, поглощается телом в области частот.
Абсолютно черное тело — это физическая абстракция (модель), под которой понимают тело, полностью поглощающее всё падающее на него электромагнитное излучение
Мощность излучения единицы площади поверхности тела в единичном интервале частот называется излучательной способностью тела.