вопросы к экзамену 2015

Примерный перечень вопросов для экзамена по «Теоретической физике»
модуль: «Физика Конденсированного состояния»
Гр. 0Б21, 150Б20
1. Строение атомов и межатомные взаимодействия. Природа сил связи. Силы
притяжения и отталкивания. Потенциалы межатомного и межмолекулярного
взаимодействия.
Классификация
конденсированных
систем.
Типы
конденсированных систем.
2. Классификация элементов по способности образовывать прочные межатомные
связи. Периодичность свойств элементов. Общая характеристика сил
межатомного взаимодействия: молекулярные, ионные, ковалентные кристаллы,
металлические кристаллы и металлическая связь, кристаллы с водородными
связями. Силы Ван – дер – Ваальса. Энергия решетки и постоянная Маделунга.
3. Основы электронной теории металлов. Классификация твердых тел по величине
электропроводности
4. Классическая электронная теория электропроводимости металлов. Основные
положения и законы. Закон Ома, Джоуля-Ленца, Видемана-Франца. Достоинства
и недостатки.
5. Квантовая модель теории свободных электронов. Основные положения и
достижения. Энергетический спектр свободных электронов в металле. Сфера и
поверхность Ферми. Плотность состояний. Недостатки модели свободных
электронов
6. Зонная
теория
металлов.
Одноэлектронная
зонная
модель
твердого тела. Полуаксиоматические предположения-постулаты. Эффективный
потенциал
решетки.
Теорема
Блоха.
Модель
Р. Кронига и Дж. В. Пенни. Приведенная и расширенная зонная схема.
7. Зона Бриллюэна и принципы ее построения. Зоны Бриллюэна для типичных
металлов (с ГЦК, ОЦК структурой). Заполнение электронами энергетических
зон. Изменение формы поверхности Ферми с ростом концентрации электронов.
Перекрытие энергетических зон. Дырочные и электронные изоэнергетические
поверхности Ферми. Плотность состояний электронов. Экспериментальные
методы исследования поверхности Ферми: Эффект де Гааза - ван Альфена
8. Модель сильно связанных электронов. Изменение атомных орбиталей при
сближении атомов. Образование энергетических зон. Заполнение электронами
зон в металлах, диэлектриках и полупроводниках. Движение электрона в
периодическом поле кристалла под действием внешнего поля. Эффективная
масса электрона
9. Полупроводники: собственные и примесные. Удельная электропроводность
собственного полупроводника. Значение химического потенциала в
полупроводниках с собственной проводимостью. Зависимость удельной
электропроводности собственных полупроводников от температуры
10.Примесные полупроводники. Донорные, акцепторные уровни. Зависимость
удельной электропроводности примесных полупроводников от температуры.
11. Эффект
Холла.
Квантовый
эффект
Холла.
Влияние
геометрии
макроскопической квантовой системы на ее характеристики. Двумерный метал и
МОП-транзисторы. Влияние поверхностных уровней на электрические свойства
твердых тел
12.Диэлектрические свойства твердых тел. Основные характеристики
диэлектриков. Применение диэлектриков.
Поляризация диэлектриков.
Основные характеристики. Вектор поляризации. Поляризуемость. Типы
диэлектриков. Механизмы поляризации.
13.Упругая поляризация: электронная, ионная, дипольная
14.Особенности тепловой поляризации. Ионная тепловая поляризация. Дипольная
тепловая поляризация. Функция Ланжевена. Электронная теория поляризации
диэлектриков. Локальное поле. Микроскопическое и макроскопическое поле в
веществе. Уравнение Клаузиуса  Мосотти. Частотная зависимость
диэлектрической проницаемости
15.Электромеханические эффекты. Пьезоэлектрики и их применение.
Электрострикция. Пироэлектрики. Электреты. Сегнетоэлектрики. Их основные
свойства. Доменная структура сегнетоэлектриков. Диэлектрический гистерезис.
Точка Кюри. Применение сегнетоэлектриков
16.Термодинамика в материаловедении. Сущность термодинамического метода
Метод термодинамических потенциалов. Внутренняя энергия. Энтальпия,
Свободная энергия. Энергия Гельмгольца. Химический потенциал.
17.Условия
фазового
равновесия.
Уравнение
Клайперона-Клаузиуса.
Классификация фазовых переходов. Фазовые переходы первого и второго рода.
Примеры. Свойства.
18. Сплав. Методы получения сплавов. Металлический сплав и его компоненты.
Основные фазы в сплавах. Твердые растворы. Предел растворимости.
Химические соединения. Интерметаллиды.
19. Диаграмма состояния сплава. Правило фаз Гиббса. Число степеней свободы.
Построение диаграмм состояния. Правило рычага. Системы с неограниченной и
ограниченной растворимостью.
20.Тепловые свойства твердого тела. Закон Дюлонга и Пти. Проблемы
классической теории теплоемкости кристаллов. Колебания кристаллической
решетки. Одномерная цепочка с одним атомом в ячейке. Закон дисперсии для
упругих колебаний одномерной цепочки. Периодические условия БорнаКармана. Акустические фононы.
21. Колебания кристаллической решетки. Одномерная цепочка с двумя атомами в
примитивной ячейке. Акустическая и оптическая ветви колебаний. Закон
дисперсии колебаний цепочки с двумя атомами в примитивной ячейке.
Трехмерный кристалл.
22.Фононы и фононная статистика. Плотность состояний. Теория теплоемкости
Эйнштейна. Формула Планка. Теория Дебая. Внутренняя энергия кристалла.
Характеристическая температура Дебая.
Теплоемкость при высоких
температурах. Закон кубов Дебая. Теплоемкость электронного газа
23.Термическое расширение твердых тел. Ангармонизм колебаний. Коэффициент
линейного расширения и его зависимость от температуры.
24.Классификация веществ по магнитным свойствам. Намагниченность и
восприимчивость. Магнитные свойства свободных атомов.
25.Физическая природа диамагнетизма. Теорема Лармора
26.Физическая природа парамагнетизма. Законы Кюри и Кюри –Вейсса.
Парамагнетизм и диамагнетизм электронов проводимости.
27.Природа ферромагнетизма. Фазовый переход в ферромагнитное состояние. Роль
обменного взаимодействия. Точка Кюри и восприимчивость ферромагнетика.
Ферромагнитные домены. Причины появления доменов. Доменные границы
(Блоха, Нееля).
28.Антиферромагнетики. Магнитная структура. Точка Нееля. Восприимчивость
антиферромагнетиков.
29.Ферримагнетики. Магнитная структура ферримагнетиков. Спиновые волны,
магноны.