- •1. Броуновское движение
- •2. Законы идеального газа
- •3. Барометрическая формула.
- •4. Основное уравнение молекулярно-кинетической
- •5. Распределение Максвелла
- •6. Средняя длина свободного пробега
- •Vмол30 1030 м3, м.
- •7. Явления переноса
- •Диффузия в газах
- •8. Внутреннее трение
- •Теплопроводность
- •9. Первое начало термодинамики
- •10. Классическая теория теплоемкости
- •11. Адиабатический процесс
- •12. Политропический процесс
- •13. Энтропия. Второе и третье начала термодинамики
- •14. Расчет изменения энтропии в процессах
- •15. Цикл Карно. Второе начало термодинамики
- •16. Реальные газы. Критическое состояние
- •17. Уравнение Ван-дер-Ваальса
- •18. Особенности жидкого состояния вещества
- •19. Свободная энергия как функция состояния
- •Поверхностное натяжение
- •20. Условия равновесия на границах различных сред
- •21. Формула Лапласа
- •22. Фаза. Фазовое равновесие. Общая характеристика фазовых переходов 1-го и 2-го рода
- •23. Уравнение Клапейрона Клаузиуса.
- •24. Эффект Джоуля-Томсона
- •25. Методы получения низких температур
- •26. Термодинамическая шкала температур.
- •27. Симметрия кристаллов. Дефекты в кристаллах
- •Классическая теория теплоемкости твердых тел
- •28. Понятие о квантовой статистике. Распределения
- •29. Понятие о квантовой теории теплоемкости.
- •Рекомендуемая литература*
27. Симметрия кристаллов. Дефекты в кристаллах
П од симметрией тела понимается его способность совмещаться с самим собой при определенных преобразованиях. К преобразованиям симметрии относятся:
-
Параллельный перенос всех точек тела на определенное расстояние (трансляция). Кристаллическая решетка обладает трансляционной симметрией (рис. 78). Это означает, что существуют 3 некомпланарных вектора , характеризующихся тем, что при смещении решетки на вектор трансляции она переходит сама в себя (n1, n2, n3 – целые числа). Базисные вектораназывают основными периодами решетки, а построенный ими параллелепипед – элементарной ячейкой.
-
Поворот тела вокруг некоторой оси на определенный угол. Если тело совмещается с самим собой при повороте вокруг некоторой оси на угол 2/n, то эта ось называется осью симметрии n-го порядка. Кроме тривиальной оси 1-го порядка, возможны только оси симметрии 2, 3, 4 и 6-го порядков (рис. 79). Не бывает осей 5-го порядка и более высокого, чем 6 (так как нельзя заполнить полностью всю плоскость (без пустых промежутков) пятиугольниками, семиугольниками и т.п.).
-
Зеркальное отражение в плоскости. Плоскость называется плоскостью симметрии.
-
Инверсия или отражение в точке. Точка называется центром симметрии.
-
К омбинация этих преобразований. Например, если тело совмещается с самим собой при повороте на угол 2/n и отражении в плоскости, перпендикулярной этой оси, то ось называется зеркально-поворотной осью n-го порядка (рис. 80).
Кристаллические решетки подразделяются по признакам симметрии: на 230 пространственных групп, 32 кристаллических класса, 7 кристаллических систем (триклинная, моноклинная, ромбическая, тетрагональная, ромбоэдрическая, гексагональная, кубическая).
В зависимости от характера сил взаимодействия между частицами кристаллической решетки различают 4 типа кристаллов:
-
Ионные кристаллы. В узлах решетки – ионы различных знаков, кулоновское (электростатическое) притяжение между которыми создает "ионную" связь. Примеры: NaCl, CaCl, KBr, MgO, CaO.
-
Атомные кристаллы. В узлах – нейтральные атомы. Химическая связь – ковалентная (алмаз, графит, германий, кремний, ZnS, BeO).
-
Металлические кристаллы. В узлах решетки – положительные ионы металла. Свободные электроны образуют "электронный газ", принадлежащий всему кристаллу (Li, Na, Cu, Ag, Pt, Au).
-
Молекулярные кристаллы (парафин, Br2, I2, в твердом состоянии N2, O2, СО2, Н2О) состоят из нейтральных молекул, силы взаимодействия между которыми обусловлены незначительным взаимным смещением электронов в электронных оболочках атомов (молекулярными электрическими диполями). Эти силы называются ван-дер-ваальсовыми, так как они имеют ту же природу, что и силы притяжения между молекулами, приводящими к отклонению газов от идеальности.
Дефектами кристалла называются всякие отклонения от строгой периодичности идеальной кристаллической решетки. Дефекты бывают макроскопическими (трещины, макроскопические пустоты и включения) и микроскопическими. Микроскопические дефекты бывают точечными и линейными.
Точечные дефекты (рис. 81) нарушают лишь ближний порядок в расположении атомов:
а ) "вакансия" – в узле решетки отсутствует атом; б) "замещение" – в узле решетки чужой атом;
в) "внедрение" атома между узлов.
Линейные дефекты (или дислокации) нарушают дальний порядок. Краевая дислокация – это лишняя кристаллическая полуплоскость, вдвинутая между соседними слоями атомов (рис. 82 а). Винтовая дислокация образуется в результате скольжения двух атомных полу-плоскостей на один период друг относительно друга, начиная с некоторой линии (рис. 82 б). Кристалл с винтовой дислокацией фактически состоит из одной кристаллической плоскости, которая изогнута по винтовой поверхности (наподобие винтовой лестницы).