Физика конденсированного состояния

1.

Физика конденсированного
состояния
Литература
Основная
1. Крюков А.П. Элементы физической кинетики: учебное пособие. М.:
МЭИ, 1995.
2. Крюков А.П. Элементы гидродинамики и теплопереноса в гелии II:
учебное пособие. М.: МЭИ, 2004.
3. Дмитриев А.С. Основы криофизики конденсированных систем: учебное
пособие. М.: МЭИ, 2006.
4. Королев П.В., Крюков А.П. Методы описания конденсированных
систем. Учебное пособие. М.: Издательский дом МЭИ, 2010.

2.

Физика конденсированного
состояния
Литература
Дополнительная
1. Коган М.Н. Динамика разреженного газа. М.: Наука, 1967.
2. Лифшиц Е.М., Питаевский Л.П. Физическая кинетика. Сер. Теоретическая физика. Т.10. М.:
Наука, 1979
3. Аристов В. В. , Черемисин Ф.Г. Прямое численное решение кинетического уравнения
Больцмана. М.: ВЦ РАН, 1992.
4. Крюков А.П., Левашов В.Ю., Шишкова И.Н., Ястребов А.К. Численное решение
кинетического уравнения Больцмана в инженерной практике: учебное пособие. М.: МЭИ, 2005.
5. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Гидродинамика. Сер. Теоретическая физика. Т.6. М.: Наука, 1988.
6. Матвеев А.Н. Молекулярная физика. М.: Высшая школа, 1981.
7. Паттерман С. Халатников И.М. Теория сверхтекучести. М.: Наука, 1971.Гидродинамика
сверхтекучей жидкости. М.: Мир, 1978.
8.
Киттель Ч. Введение в физику твердого тела. М.: Наука, 1978.
9.
Займан Дж. Принципы теории твердого тела. М.: Мир, 1974.

3.

Физика конденсированного
состояния
твердые тела
жидкости
жидкие кристаллы
конденсированные среды
квантовые жидкости

4.

Физика конденсированного
состояния (ФКС)
Занимается фундаментальным изучением
различных конденсатов.
Предмет ФКС – свойства конденсированных
сред и процессы в них.

5.

Лауреаты Нобелевской премии
в области физики низких температур
Имя
Год
открытия
Год награждения
Ландау Л.Д.
1941
1962
Капица П.Л.
1938 (39)
1978
Ли Д., Ошерофф Д.,
Ричардсон Р.
1972
1996
Беднорц Г., Мюллер А.
1986
1987
Корнелл Э., Вайман К.,
Кеттерли В.
1995
2001
Абрикосов А.А.,
Гинзбург В.Л., Леггетт
А.Дж.
1957
2003

6.

Физика конденсированного
состояния
Конденсированная среда – система частиц,
сильно взаимодействующих друг с другом.

7.

Физика конденсированного
состояния
Состояния вещества
Газ
Жидкость
Твердое
тело
Порядок
Хаос
Ближний
Ближний и
дальний
Время
ст~ 10-13с
мс~ 10-9с
10-8с
10-13с
Энергия
Uср<<Eср
Uср ~ Eср
Uср > Eср

8.

9.

микроскопическая теория процессов в
статистически неравновесных системах
U f (r )
U
r
r

10.

МОДЕЛЬ ИДЕАЛЬНОГО ГАЗА:
U потенц. Eкинетич.
U f (r)
r

11.

ТВЕРДЫЕ УПРУГИЕ ШАРЫ
U f (r)
U
d
r
U при r d
U 0 при r d
(1)

12.

ЦЕНТРЫ ОТТАЛКИВАНИЯ
K
U
U s 1
r
(2)
U K ( s 1)
F
s
r
r
r
Максвелловские молекулы s = 5
K , s постоянные
F
4K
r5
K1 (2a)
5
r

13.

ЛЕННАРД-ДЖОНСА
(3) U 4
U
d / r
12
d / r
6
d / r
притяжение
12
отталкивание
d / r
F
6 2d
6
6
26
d
7
2.4
r
d
r

14.

МОРЗЕ
a ( r d )
2 a ( r d )
U e
2e
(4)
, d , a постоянные
U
a d 6
d
2e a ( r d ) притяжение
r
e 2a ( r d ) отталкивание

15.

U f (r)
СЕЗЕРЛЕНДА
U
d
U при r d
r
U d / r m
при r d
, d , m постоянные
(5)

16.

6
f x , , t dxd есть ожидаемое число молекул в
объеме dxd , координаты
которых находятся в интервале
от x до x dx , а скорости
в интервале от до d .
f x , , t функция семи переменных:
x , y , z , x , y , z , t.

17.

РАВНОВЕСНОЕ МАКСВЕЛЛОВСКОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ
1
f n
2 RT
3/ 2
2 2 2
x
y
z
exp
2 RT
,
n числовая плотность;
T температура;
R индивидуальная газоваяпостоянная.
(7)

18.

СЕЧЕНИЕ ФУНКЦИИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПЛОСКОСТЬЮ
z 0
f
y
x

19.

СЕЧЕНИЯ ФУНКЦИИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПЛОСКОСТЯМИ
z 0, y1 const, y 2 const : z 0, f1 const , f 2 const :
f
y
y1
f1
f2
y2
x
y 2 y1
x
f 2 f1

20.

Момент функции распределения –
это интеграл по пространству скоростей
от этой функции, взятый с определенным весом.
M ( f )
f d
некоторая функция
(8)

21.

ПРИМЕРЫ МОМЕНТОВ ФУНКЦИИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ
m
f d ;
(9)
плотность газа; m масса молекулы
jx u x m
f x d
(10)
jx x ая проекция плотности потока массы;
u x x ая проекция скорости потока газа;

22.

Моменты функции распределения
f t , x, dxd
ожидаемое число молекул в элементе объема
физического пространства dx около точки x ,
обладающих скоростями в элементе пространства
скоростей d около точки
f t , x, d dx – для единичного объема
f
m
fd
x
0
m f t, x,
d x d y d z
Другие моменты
ux m
m
f x d ; T
u
3R
2
fd

23.

ПРИМЕРЫ МОМЕНТОВ ФУНКЦИИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ
kl m
k l f d ;
(11)
m
Ex
2
f 2 x d
(12)
2 x2 y 2 z 2

24.

Pxy m
cx c y f d ;
(13)
cx x u x ,
cy y u y
u x x ая проекция скорости потока газа;
u y y ая проекция скорости потока газа;
1
qx m
2
c 2c x f d
(14)
3
1
kTn m
2
2
c 2 f d
c 2 cx 2
(15)
c y 2 cz 2