Физика твердого тела - Теплофизика

Министерство образования Российской Федерации
Московский государственный технический университет им.Н.Э.Баумана
Дисциплина
Физика твердого тела
(учебная программа)
Выделено на дисциплину
Выделено часов
Аудиторная работа
Лекции
Семинары
Лабораторные работы
Самостоятельная работа
Семестровые задания
Самостоятельная
проработка курса
Виды
отчётности
по
дисциплине
Зачёт по курсу
Экзамены
65
26
26
39
Х1 семестр
65
26
26
39
39
39
всего
Зачет
ПРОГРАММА
курса «ФИЗИКА ТВЁРДОГО ТЕЛА»
для специальности «Теплофизика» Э6
РАЗДЕЛ 1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ
Дисциплина «Физика твёрдого тела» читается для студентов специальности
«Теплофизика» в 11 семестре. Курс предполагает, что студенты имеют необходимые
знания из курсов «Физика», «Высшая математика», «Термодинамика», «Статистическая
термодинамика».
Цель курса – ознакомить студентов с основами физики процессов в твёрдом теле и
математического аппарата, описывающих эти процессы. Предполагается продолжение
анализа термодинамических свойств твёрдых тел, начатое в курсе «Статистическая
термодинамика», а также изучение кинетических свойств твёрдого тела. Наряду с
классическими разделами физики твёрдого тела рассматриваются новые задачи,
связанные с анализом наноструктур (тонкие плёнки, многоплёночные системы и др.). В
результате изучения курса студенты должны:
получить представление о кристаллическом строении твёрдых тел;
изучить термодинамические свойства металлов, диэлектриков, парамагнетиков;
изучить особенности динамики электронов в периодическом поле кристаллов на
основе аппарата квантовой механики;
изучить особенности равновесных статистических свойств электронов твёрдом
теле;
изучить особенности металлов, полупроводников и изоляторов;
изучить квантовую теорию колебаний решётки;
изучить методы исследования взаимодействия электронов с колебаниями решётки;
получить представления о кинетическом уравнении для электронов в металле и
методах его решения;
получить основные представления о физике сверхпроводящего состояния;
получить основные представления о проблематике и существующих результатах
исследования твердотельных наноструктур.
Раздел 2. Содержание дисциплины.
Лекции
26 часов
Введение
1часа
Теория твёрдого тела как основа для изучения тепловых, электрических и магнитных
свойств металлов, диэлектриков и полупроводников. Термодинамические и кинетические
свойства твёрдых тел. Новые направления в изучении свойств твёрдых тел: свойства
наноструктур, магнитных материалов.
Кристаллические структуры твёрдых тел
2часа
Симметрия по расположению частиц в теле. Решётка Бравэ. Кристаллические структуры.
Пространственные группы. Металлы и интерметаллиды: процессы преобразования
кристаллических решёток.
Термодинамические свойства твёрдых тел
2часов
Теплоёмкость твёрдых тел. Теория поляризации диэлектриков. Парамагнетизм.
Термодинамические свойства вырожденного электронного газа в металлах. Теплоёмкость
электронного газа.
Квантовомеханический анализ кристаллических состояний.
3часа
Уравнение Шредингера для многих частиц. Адиабатическая теория возмущений для
металлических кристаллов. Уравнение Шредингера для кристалла.
Динамика и статистика электронов в твёрдом теле.
4часов
Волновая функция электрона в твёрдом теле. Энергетический спектр электрона в
периодическом поле. Зонный характер энергетического спектра. Металлы и изоляторы.
Система многих электронов в металле. Энергетический спектр и электрические свойства
полупроводников. Функция распределения электронов в полупроводниках.
Фононные колебания в твёрдом теле.
4часов
Классическая теория колебаний решётки. Ангормонизм колебаний. Тепловое расширение
кристалла. Квантовая теория колебаний решётки. Фононы. Взаимодействия электронов и
фононов. Однофононные процессы перехода.
Неравновесный газ электронов в металле.
4 часов
Функция распределения электронов в металле в неравновесном случае. Кинетическое
уравнение для электронов в металле. Длина свободного пробега электронов в металлах.
Электропроводность и теплопроводность металлов. Длина свободного пробега электронов
в полупроводниках. Интеграл столкновений для электронов в металле. Решение
кинетического уравнения.
Сверхпроводимость.
2 часа
Поведение проводимости вблизи 0К для нормальных и сверхпроводящих металлов.
Термодинамические свойства сверхпроводников. Переход из нормального в
сверхпроводящее состояние как фазовый переход. Физические основы современной
микроскопической теории сверхпроводимости.
Свойства твердотельных наноструктур.
4 часа
Влияние размеров наноплёнок и наносфер на их термодинамические и кинетические
свойства. Теоретический анализ распространения фононов и электронов в наноплёнках и
наносферах.
Самостоятельная внеаудиторная работа студентов.
1. Работа с учебниками, проработка лекционного материала.
39 часов
39часов
Раздел 3. Учебно-методическая литература по дисциплине
Основная литература
1. Павлов П.В., Хохлов А.Ф. Физика твёрдого тела, М.: Высшая школа, 2000. – 478с.
2. Канцельсон М.И., Трефилов А.В., Динамика и термодинамика кристаллической
решётки, М.: ИздАТ, 2002. – 382с.
3. Гусев А.И., Ремпель А.А., Нанокристаллические материалы, М.: Физматлит, 2001. –
222с.
Дополнительная литература
1. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М., Статистическая физика ч.1, М.: Наука, 2000. – 567с.
2. Займан Дж., Принципы теории твёрдого тела, М.: Мир, 1972. – 639с.
3. Кромник Ю.Ф., Физика металлических плёнок, М.: АИ, 1979. – 374с.