- •IV часть курса физики Молекулярная физика и термодинамика Введение
- •Лекция 1,2. Молекулярно - кинетическая теория газов
- •1.1. Основные понятия. Уравнение состояния
- •1.2. Вывод основного уравнения мокулярно-кинетической теории
- •1. 3. Молекулярно-кинетическое толкование температуры
- •1.4. Статистические распределения
- •1.5. Барометрическая формула. Классическое распределение Максвелла-Больцмана
- •1.6. Явления переноса
- •Лекция 3. 4. Основы термодинамики
- •3.1. Основные понятия
- •3.2. Работа в термодинамике
- •3.4. Количество теплоты. Первое начало термодинамики
- •Для бесконечно малых процессов
- •3.5. Теплоёмкость
- •3.6. Внутренняя энергия и теплоёмкость идеального газа
- •3.7. Адиабатный процесс
- •3.8 Обратимые и необратимые процессы. Второе начало термодинамики
- •1) (Формулировка Клазиуса) Невозможен процесс, единственным результатом которого является передача теплоты от холодного тела к горячему.
- •3.9. Циклы. Тепловая и холодильная машины
- •3.10. Цикл Карно
- •Энтропия
- •Статистический смысл энтропии и второго начала термодинамики
- •Лекция 5. Фазовые равновесия и фазовые превращения
- •Взаимодействие молекул реальных газов
- •Уравнение состояния Ван-дер-Ваальса
- •Изотермы реальных газов. Фазы. Фазовые переходы.
- •1. Участок ее` соответствует газообразному состоянию вещества. По мере сжатия газа давление растет до точки е.
- •Фазовые диаграммы р - т. Тройная точка
- •Поверхностное натяжение жидкости
- •Элементы физики твердого тела Лекция 6. Элементы квантовой статистики
- •6.1. Особенности квантовых статистик
- •6.2. Фазовое пространство. Ячейка фазового объема.
- •6.3. Принцип неразличимости тождественных частиц. Фермионы и бозоны
- •6.4. Функции распределения Ферми –Дирака и Бозе –Энштейна
- •6.5. Понятие о вырождении.
- •6.6. Вырожденный Ферми-газ в металлах
- •Лекция 7,8. Тепловые свойства кристаллов
- •7.1. Строение кристаллов. Дефекты
- •7.2. Классическая теплоемкость кристаллов по Дюлонгу и Пти
- •7.3. Квантовая теория теплоемкости Дебая
- •7.4. Теплоемкость электронного газа в металлах
- •9.3. Недостатки классической теории Друде-Лоренца
- •9.4. Понятие о квантовой теории электропроводности металлов
- •Элементы зонной теории кристаллов
- •9.6. Собственная проводимость проводников. Электроны проводимости и дырки
- •9.7. Примесная проводимость п/п. Электронный и дырочный п/п.
- •9.8. Р / n переход.
- •9.10. Понятие о сверхпроводимости
- •Лекция 11. Атомное ядро
- •11.1. Строение атомных ядер
- •Свойства ядер
- •11.3 Ядерные силы.
- •Законы радиоактивного распада
- •Ядерные реакции
- •Лекция12. Элементарные частицы и современная физическая картина мира
- •Элементарные частицы
- •Элементарные частицы
- •Свойства элементарных частиц
- •Классы элементарных частиц.
- •Физическая картина мира
- •Основные формулы
- •Вопросы для подготовки к зачету
9.8. Р / n переход.
В n– полупроводнике – основные носители тока – электроны, вр– типе полупроводника основные носители – дырки (см. рис.9.9). При контакте электроны из полупроводникаn– типа диффундируют кр– типу, а дырки, наоборот, из п/пр– типа движутся к п/пn– типа. При этом областьрзаряжается (-), аn- область (+). Этот переход будет проходить до тех пор, пока создавшееся внутреннее электрическое поле не станет этому препятствовать. При этом, в равновесии уровни Ферми сравниваются (см. рис.9.10), а ток основных носителейIоснбудет равен току неосновных носителейIосн=Iнеосн
При прикладывании к p-nпереходу внешней разности потенциаловU >0(+) прикладывается к р-типу полупроводников, (-) кn-типу, ток основных носителей начинает быстро возрастать с ростомU .
При приложении обратного, запирающего напряжения U<0ток основных носителей прекращается и остается лишь ток неосновных носителей .
Врезультате получается вольт-амперная характеристика, показанная на рис.9.11.
На полупроводниковых элементах в настоящее время создано огромное количество приборов, в частности, все компьютеры и электронные системы управления. На 90% настоящий и грядущий технический прогресс обусловлен развитием полупроводниковых технологий.
9.10. Понятие о сверхпроводимости
Эффект сверхпроводимости заключается в скачкообразном исчезновении сопротивления при очень низких температурах (см. рис. 9.12).
Температура, при которой происходит этот переход, называется критической температурой Тк (см. рис. 9.13).
Слабое магнитное поле не проникает в сверхпроводник: его магнитная проницаемость =0. Сильное внешнее магнитное поле В>Вкразрушает сверхпроводящее состояние. То же происходит от сильного тока, проходящего через сверхпроводник.
Теорию сверхпроводимости создали Бардин, Купер, и Шриффер (теория БКШ). Ее суть следующая. Электрон немного притягивает к себе соседние положительные атомы решетки. Электрон и деформированная решетка создают положительную систему, к которой притягивается второй электрон. Наиболее выгодный режим создается, когда два электрона вращаются по кругу вокруг деформированной положительной области решетки (см. рис. 9.13).
Рис. 9.12. а) Зависимость удельного сопротивления ρ от температуры для некоторых металлов. б) Зависимость критического магнитного поля Вк от температуры сверхпроводника.
Рис.9.13.Куперовская пара электронов вращается вокруг
слегка деформированной области решетки
Такие пары электронов называют Куперовскими парами. Эта пара движется в поле как единая частица. Энергия связи пары ΔЕ~10-2эВ. Поэтому приkT~10-2эВ Куперовские пары разрушаются и сверхпроводимость исчезает.
Лекция 11. Атомное ядро
11.1. Строение атомных ядер
Ядро - центральная часть атома, в которой сосредоточена практически вся масса атома и его положительный заряд. Размер атома 10-10м размер ядра 10-14 - 10-15м.
Ядро состоит из нуклонов2 видов: протоновр, имеющих заряд+e и нейтроновn– нейтральных частиц .
(в единицах ).
Заряд ядра - гдеZ - порядковый номер химического элемента в таблице Менделеева, заряд равен числу протонов в ядре. Известны ядра от Z=1 до Z=107.
Если N - число нейтронов в ядре, то N + Z = A называется массовым числом и определяет число нуклонов (нейтронов и протонов) в ядре. ( У протона и нейтрона массовое число = 1, у электрона = 0). Радиус у ядра RR0A1/3 (объем ядра пропорционален числу нуклонов).
Ядра с одинаковыми Z, но разными А называются изотопами.
Обозначение ядер: , гдеХ - символ химических элементов.
Например 168О означает ядро кислорода с массовым числом 16 и 8-ю протонами.