- •Міністерство освіти і науки україни
- •1 Понятие о строении твёрдых тел
- •1.1 Строение кристаллических твёрдых тел
- •1.2 Типы конденсированных систем
- •1.3 Описание структуры кристаллов
- •1.4 Кристаллографические индексы (индексы миллера)
- •1.5 Рентгеновский анализ
- •1.5.1 Оценка расстояния между атомами и требования к методу измерения
- •1 Моль Cu;
- •1.5.2 Получение рентгеновского излучения
- •1.5.3 Закон Вульфа-Брэггов
- •1.5.4 Идентификация кристаллических веществ
- •1.5.5 Атомные факторы рассеивания рентгеновского излучения
- •1.5.6 Структурная амплитуда и структурный фактор рассеивания
- •1.5.7 Индицирование рентгенограмм и определение параметров решёток
- •2 Несовершенства в кристаллах
- •2.1 Термодинамика образования точечных дефектов
- •2.2 Взаимодействие точечных дефектов
- •2.3 Дислокации
- •2.4 Свойства дислокаций
- •2.5 Наблюдение дислокаций
- •3 Механические свойства твердых тел
- •3.1 Упругая деформация. Закон гука
- •3.2 Пластическое течение кристаллов
- •3.3 Теоретическая прочность хрупких тел
- •3.4 Реальная прочность хрупких тел
- •3.5 Пути упрочнения хрупких материалов
- •3.6. Теоретическая плотность пластичных тел
- •3.7 Ползучесть керамики
- •3.8 Твёрдость керамики
- •3.9 Временная прочность твердых тел
- •4 Электронное состояние в твердых телах
- •4.1 Понятие об энергетической зоне
- •4.2 Энергия ферми
- •4.3 Плотность электронных состояний
- •4.4 Фотопроводимость
- •4.5 Оптические свойства (с точки зрения зонной теории)
- •5 Свойства диэлектриков
- •5.1 Поляризация
- •5.2 Высокочастотные изолирующие свойства
- •5.3 Сегнтоэлектрики
- •5.4 Понятие о пьезо- и пироэлектриках
- •6 Тепловые свойства твердых тел
- •6.1 Классическая теория теплоемкости. Закон дюлонга-пти
- •6.2 Теория теплоемкости эйнштейна
- •6.3 Теория теплоемкости дебая
- •6.4 Способы определения теплоемкости
- •2. Экспериментальное определение теплоемкости
- •6.5 Тепловодность, температуропроводность
- •6.6 Влияние пор на теплопроводность
- •6.7 Теплоемкость дисперсных сред
- •6.8 Тепловое расширение
- •7 Взаимодействие электромагнитного излучения с веществом
- •7.1 Законы поглощения
- •7.2 Люминесценция
- •7.3 Фотохимические превращения
- •7.4 Сенсибилизированные реакции
- •8 Магнитные свойства твердых тел
- •8.1 Магнитное поле в магнетиках
- •8.2 Природа диамагнетизма
- •8.3 Природа парамагнетизма
- •8.4 Парамагнитные тела
- •8.5 Ферромагнетизм
- •8.6 Доменная структура фeрромагнетиков
- •8.7 Кривая намагничевания ферромагнетиков
- •8.8 Ферриты
- •9 Кристаллизация
- •9.1 Образование зародышей
- •9.2 Самопроизвольный рост зародышей
- •Кинетика кристаллизации
6.8 Тепловое расширение
При подводе теплоты ее поглощение происходит благодаря колебаниям атомов.
Если частота колебаний возрастает, то увеличивается и энергия взаимодействием между атомами.
r0 - расстояние между атомами.
У кристаллов с ковалентной связью (анализ натрия кремния, нитрид кремния), впадина потенциальной кривой имеет острый пик и ее симметричность высока. Поэтому не симметрия не увеличивает потенциальной энергии, атомы совершают практически симметричные колебания и термическое расширение твердого тела мало. У ионных кристаллов и металлов впадина потенциальной кривой не глубока и мало симметрична, что приводит к изменению расстояния между атомами и соответственно значению теплового расширения.
Тепловое расширение твердых тел определяется коэффициентом термического расширения. При расширении в одном направлении используется коэффициент термического линейного расширения.
Объемное расширение определяется коэффициентом термического объемного расширения:
Для кубических кристаллов: .
Для анизотропных кристаллов .
Коэффициент термического линейного расширения связан с теплоемкостью твердых тел.
где Г – константа Грюнайзена.
7 Взаимодействие электромагнитного излучения с веществом
Для того чтобы произошло электромагнитное взаимодействие с веществом энергия излучения должна совпасть с разностью энергий между квантовыми энергетическими уровнями, которые соответствуют разным соотношениям молекулы:
где ∆Е – разность энергии между квантованными состояниями молекул.
По данным можно выделить различные диапазоны электромагнитного излучения.
При энергии электромагнитного излучения
- радиоволны λ=10 м:
Е = 1,8٠10-26 Дж = 1,2٠10-7 эВ;
- ИК – излучения λ=10 мкм:
Е = 1,8٠10-20 Дж = 0,17 эВ;
- видимый свет λ=500 нм:
Е = 3 эВ;
- УФ λ = 300 нм:
Е ≈ 5эВ.
Энергия колебательных движений при Т =300 0С составляет Е = 0,04 эВ.
Свет имеет две составляющих магнитную и электрическую.
Е,
В/м
Н
Взаимодействие магнитной составляющей с веществом значительно слабее электрической. Если монохроматичное излучение поглощается молекулами вещества, то по направлению светового потока наблюдается непрерывное падения интенсивности излучения, длина волны излучения при этом не изменяется, а изменяется его мощность:
dФ = J·dS·dφ,
где Ф – лучистый поток или мощность излучения;
S – площадь;
φ – телесный угол;
J – лучистый поток, отнесенный к единичному телесному углу и к единичной площади перпендикулярный направлению движения света.
7.1 Законы поглощения
Закон Бугера – Ламберта. Связывает поглощение образца с его толщиной.
где I0 – интенсивность падающего излучения;
I – интенсивность прошедшего излучения;
al – коэффициент пропорциональности.
Закон Бэра. Связывает поглощения образца с концентрацией поглощающих частиц:
где С – концентрация поглощающих частиц.
Закон Бугера – Ламберта – Бэра:
где ε – коэффициент молярного поглощения.
где А – оптическая плотность.
В случаи поликристаллов вещества и кристаллов:
где ε0 – коэффициент собственного поглощения;
εа – коэффициент, учитывающий анизотропию системы;
εр – учитывает рассеивание вследствие пор и неоднородности состава.
Поэтому для получения прозрачных систем или керамики важно уменьшить εр. С этой целью необходимо снимать пористость систем, использовать ультрадисперсные порошки высокой чистоты и исключать образование границ зерен при спекании порошков.