- •Курс общей физики,
- •Глава 1. Кинематика материальной точки
- •Глава 14. Диэлектрики. Электроемкость
- •Глава 30. Тепловое излучение
- •Глава 36. Строение и свойства атомного ядра
- •1.2. Скорость
- •1.3. Ускорение и его составляющие
- •1.4. Угловая скорость и угловое ускорение
- •Глава 2. Динамика материальной точки
- •2.1. Первый закон Ньютона. Масса. Сила
- •2.2. Основной закон динамики поступательного движения.
- •2.3. Третий закон Ньютона
- •2.4. Силы в механике
- •2.5. Закон сохранения импульса. Центр масс
- •Глава 3. Энергия, как универсальная мера различных форм движения и взаимодействия тел. Закон сохранения энергии
- •3.1. Энергия, работа, мощность
- •3.2. Кинетическая и потенциальная энергии
- •3.3. Закон сохранения энергии
- •Глава4. Динамика вращательного движения твердого тела
- •4.1. Модель абсолютно твердого тела
- •4.2. Момент силы
- •4.3. Пара сил
- •4.4. Простые машины
- •4.5. Момент инерции
- •4.6. Кинетическая энергия вращения
- •4.7. Уравнение динамики вращательного движения твердого тела
- •4.8. Момент импульса и закон его сохранения
- •Глава 5. Элементы теории относительности эйнштейна
- •5.1. Преобразования Галилея.
- •5.2. Постулаты специальной (частной) теории относительности
- •5.3. Преобразования Лоренца
- •5.4. Следствия из преобразований Лоренца
- •5.5. Основной закон релятивистской динамики материальной точки
- •5.6. Закон взаимосвязи массы и энергии
- •Глава 6. Элементы механики жидкостей и газов
- •6.1. Давление в жидкости и газе
- •6.2. Уравнение неразрывности
- •6.3. Уравнение Бернулли и следствия из него
- •6.4. Ламинарный и турбулентный режимы течения жидкостей
- •6.5. Движение тел в жидкостях и газах
- •Основы молекулярной физики и термодинамики
- •Глава 7.Основные положения молекулярно- кинетической теории
- •7.1. Введение
- •7.2. Законы идеального газа
- •2) Давление данной массы газа при постоянном объеме изменяется линейно с температурой:
- •7.3.Уравнение Клапейрона – Менделеева
- •7.4. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеальных газов
- •Глава 8. Закон максвелла о распределении молекул идеального газа по скоростям и энергиям
- •8.1. Введение
- •8.2. Закон Максвелла о распределении молекул идеального газа
- •8.3. Барометрическая формула. Распределение Больцмана
- •8.4. Среднее· число столкновений и средняя длина свободного пробега молекул
- •Глава 9. Реальные газы
- •9.1. Силы и потенциальная энергия межмолекулярного взаимодействия
- •9.2. Уравнение Ван-дер-Ваальса
- •9.3. Изотермы Ван-дер-Ваальса и их анализ
- •9.4. Внутренняя энергия реального газа
- •Глава 10. Свойства реальных жидкостей
- •10.1. Поверхностное натяжение
- •10.2. Явление смачивания
- •10.3. Давление под искривленной поверхностью жидкости
- •10.4. Капиллярные явления
- •Глава 11. Основы термодинамики
- •11.1. Введение
- •11.2. Число степеней свободы молекулы. Закон равномерного распределения энергии по степеням свободы молекул
- •В классической статистической физике выводится
- •11.3. Первое начало термодинамики
- •11.4. Работа газа при изменении его объема
- •11.5. Теплоемкость
- •11.6. Применение первого начала термодинамики к изопроцессам
- •Глава 12. Второе начало термодинамики
- •12.1. Круговой процесс (цикл). Обратимые и необратимые процессы
- •12.2. Энтропия, ее статистическое толкование
- •12.3.Второе начало термодинамики
- •12.4. Тепловые двигатели и холодильные машины.
- •Электричество и магнетизм
- •Глава 13. Основы электростатики
- •13.1. Атомистичность заряда. Закон сохранения заряда
- •13.2. Закон Кулона
- •13.3. Поток вектора напряженности
- •13.4. Теорема Гаусса
- •13.5. Поле бесконечной однородно заряженной плоскости
- •13.6. Поле двух разноименно заряженных плоскостей
- •13.7. Поле бесконечно заряженного цилиндра
- •13.8. Работа сил электростатического поля
- •13.9. Потенциал
- •13.10. Связь между напряженностью электрического поля
- •13.11. Эквипотенциальные поверхности
- •13.12. Применение электростатики в строительстве
- •13.12.1.Покрытия, основанные на электростатических принципах
- •13.12.2.Строительные технологические процессы, которые сопровождаются образованием электростатических полей
- •Глава14. Диэлектрики. Электроемкость
- •14.1. Полярные и неполярные молекулы
- •14.2. Диполь в однородном и неоднородном электрических полях
- •14.3. Поляризация диэлектриков
- •14.4. Поле внутри плоской пластины
- •14.5. Электроемкость
- •14.6. Конденсаторы
- •14.7. Энергия системы зарядов
- •14.8. Энергия заряженного конденсатора
- •14.9. Энергия электрического поля
- •Глава 15. Постоянный электрический ток
- •15.1. Сила и плотность тока
- •15.2. Сторонние силы. Эдс.
- •15.3. Закон Ома
- •15.4. Разветвленные цепи. Правила Кирхгофа
- •Глава 16. Магнитное поле токов
- •16.1.Закон Ампера
- •16.2. Магнитное поле. Закон Био – Савара - Лапласа
- •16.3. Работа перемещения контура с током в магнитном поле
- •16.4. Сила Лоренца
- •16.5. Влияние магнитных полей на живые организмы
- •Глава 17. Поток вектора магнитной индукции. Теорема гаусса
- •17.2. Токи при замыкании и размыкании цепи
- •Глава18. Магнитное поле в веществе
- •18.1. Магнитные моменты электронов и атомов
- •18.2. Магнитные свойства вещества. Ферромагнетизм
- •18.3. Диамагнетизм
- •18.4. Парамагнетизм
- •Глава 19. Механические колебания
- •19.1.Гармонические колебания и их характеристики
- •19.2. Дифференциальное уравнение свободных колебаний
- •18.3.Скорость и ускорение гармонических колебаний
- •19.4. Энергия колебаний Кинетическая энергия материальной точки, совершающей гармонические колебания равна
- •19.5.Сложение гармонических колебаний
- •19.6. Сложение взаимно-перпендикулярных колебаний
- •Глава 20. Затухающие и вынужденные колебания
- •20.1. Дифференциальное уравнение затухающих колебаний
- •20.2. Вынужденные колебания
- •20.3.Резонанс вынужденных колебаний
- •Глава 21. Электромагнитные колебания
- •21.1 Свободные электромагнитные колебания
- •21.2.Затухающие колебания в электрическом колебательном контуре
- •21.3.Вынужденные электромагнитные колебания
- •21.4.Переменный электрический ток
- •21.5.Резонанс токов и напряжение в цепи переменного тока
- •21.6. Мощность, выделяемая в цепи переменного тока
- •Глава 22. Упругие волны
- •22.1.Волновые процессы. Продольные и поперечные волны
- •22.2.Уравнение бегущей волны
- •22.3. Фазовая скорость бегущей волны
- •22.4.Принцип суперпозиции волн. Групповая скорость
- •22.5.Интерференция волн
- •22.6.Стоячие волны
- •Глава 23. Акустика
- •23.1. Основные характеристики звуковых волн
- •23.2. Эффект Доплера
- •23.3.Применение ультразвука
- •Глава 24. Электромагнитные волны
- •24.1.Экспериментальное получение электромагнитных волн
- •24.2.Дифференциальное уравнение электромагнитной волны
- •24.3. Энергия электромагнитных волн. Импульс электромагнитного поля
- •Глава 25. Взаимодействие света с веществом
- •25.1. Основные законы оптики. Полное отражение
- •25.2. Поглощение и рассеяние света
- •25.3. Тонкие линзы. Изображение предметов с помощью линз
- •25. 4. Оптические приборы, используемые в строительной технике
- •25.4.1. Теодолиты
- •25.4.2. Микроскоп
- •25.4.3. Элементы электронной оптики
- •Глава 26. Природа света и его свойства. Интерференция света
- •26.1. Развитие представлений о природе света
- •26.2. Интерференция света
- •26.4. Применение интерференции света.
- •Глава 27. Дифракция света
- •27.1. Принцип Гюйгенса — Френеля
- •27.2. Метод зон Френеля. Прямолинейное распространение света
- •27.3. Дифракция Френеля на круглом отверстии и диске
- •27.4. Дифракция Фраунгофера на одной щели
- •27.5. Дифракция Фраунгофера на дифракционной решетке
- •27.6. Понятие о голографии
- •Глава 28. Рентгеновский анализ
- •28.1. Рентгеновские лучи
- •28.2. Источники рентгеновских лучей
- •28.3. Основные методы рентгеноструктурного анализа
- •Глава 29. Дисперсия и поляризация света
- •29.1. Видимый свет
- •29.2. Дисперсия света
- •29.3. Естественный и поляризованный свет
- •Если свет падает на границу раздела под углом Брюстера, то отраженный и преломленный лучи взаимно перпендикулярны.
- •29.4. Вращение плоскости поляризации
- •29.5. Применение поляризационных микроскопов
- •Глава 30. Основные характеристики светотехники
- •30.1. Энергия излучения. Поток излучения.
- •30.2. Кривая относительной спектральной чувствительности глаза
- •30.3. Телесный угол. Сила излучения
- •30.4. Сила света
- •30.5. Световой поток. Связь между энергетическими и световыми величинами
- •30.6. Освещенность
- •30.7. Яркость
- •30.8. Светимость
- •30.9. Законы освещенности
- •30.10. Фотометры
- •Глава 31. Тепловое излучение
- •31.1. Характеристики теплового излучения
- •31.2. Закон Кирхгофа
- •31.3. Законы Стефана — Больцмана и смещения Вина
- •31.4. Формулы Рэлея-Джинса и Планка
- •31.5. Оптическая пирометрия
- •31.6. Тепловые источники света
- •31.7. Теплообмен излучением между поверхностями в помещении
- •Глава 32. Фотоэффект. Двойственная природа света
- •32.1. Виды фотоэлектрического эффекта. Законы внешнего фотоэффекта
- •32.2. Уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта
- •32.3. Масса и импульс фотона. Давление света
- •32.4. Эффект Комптона и его элементарная теория
- •32.5. Применение фотоэффекта
- •Глава 33. Основы квантовой механики
- •33.1. Корлускулярно-волновой дуализм свойств вещества
- •32.2. Соотношение неопределенностей Гейзенберга
- •33.3. Волновая функция и ее статистический смысл
- •33.4 Уравнение Шредингера
- •33.5. Частица в одномерной прямоугольной «потенциальной яме с бесконечно высокими «стенками»
- •33.6. Туннельный эффект
- •Глава 34. Теория атома водорода по бору. Квантовая теория атома водорода
- •34.1. Модель атома Резерфорда-Бора
- •34.2. Постулаты Бора
- •34.3. Спектр атома водорода по Бору
- •Полная энергия электрона в водородоподобной системе складывается из его кинетической энергии (mеυ2/2) и потенциальной энергии в электростатическом поле ядра (-Ze2/4πε0r):
- •34.4. Атом водорода в квантовой механике
- •Решение уравнения Шредингера, т.Е. Математическое описание орбитали, возможно лишь при определенных, дискретных значениях характеристик, получивших название квантовых чисел.
- •Формы орбиталей, соответствующие различным значениям l
- •34.5. Спин электрона
- •34.6. Спектры. Спектральный анализ
- •Глава 35. Элементы зонной теории твердых тел
- •35.1. Кристаллы. Связи между атомами и молекулами в твердых телах
- •35.2. Зоны энергетических уровней электронов в кристалле
- •35.3. Проводники, полупроводники и диэлектрики по зонной теории
- •35.4. Собственная проводимость полупроводников
- •35.5. Уровень Фéрми
- •35.6. Температурная зависимость электропроводности полупроводников
- •35.7. Примесная проводимость
- •35.8. Электронно-дырочный переход
- •35.9. Полупроводниковый диод
- •35.10. Транзистор
- •35.11. Микроэлектроника
- •35.12. Фоторезистор
- •35.13. Терморезистор
- •35.14. Фотодиод
- •35.15. Светодиод
- •35.16. Полупроводниковый лазер
- •35.17. Тензорезистивный эффект
- •35.18. Эффект Зеебека
- •35.19. Эффект Пельтье
- •35.20. Эффект Томсона
- •Глава 36. Строение и свойства атомного ядра
- •36.1. Размер, состав и заряд атомного ядра
- •36.2. Дефект массы и энергия связи ядра
- •36.3. Ядерные силы. Модели ядра
- •36.4. Радиоактивное излучение и его виды
- •36.5. Закон радиоактивного распада. Правила смещения
- •36.6. Законы сохранения при ядерных реакциях
- •36.7. Цепная реакция деления
- •36.8. Ядерная энергетика
- •36.9. Термоядерный синтез
- •36.10. Бытовые источники ионизирующего излучения
- •Литература
Глава 35. Элементы зонной теории твердых тел
35.1. Кристаллы. Связи между атомами и молекулами в твердых телах
Каждая частица в кристаллической решетке (ион, атом или молекула) испытывает силы межмолекулярного взаимодействия. Равновесное расположение всех частиц твердого тела в узлах кристаллической решетки соответствует минимуму свободной энергии кристалла и наиболее устойчивому его состоянию. При этом частицы в узлах решетки располагаются на некоторых равновесных расстояниях друг от друга, называемыхпериодом кристаллической решетки.
Взависимости от того, какие частицы находятся в узлах кристаллической решетки, различают следующие четыре типа решеток: ионную, атомную, молекулярную и металлическую.
Вузлахионной решетки чередуются отрицательные и положительные ионы. Благодаря электрическим взаимодействиям они образуют устойчивую структуру кристалла. Подавляющее большинство кристаллов имеют именно ионную решетку. Типичным примером ионной решетки является изображенная на рис. 35.1 решетка каменной соли . В ней чередуются ионыи. В газообразном состоянии хлористый натрий состоит из молекул, в которых объединены попарно ионы натрия с ионами хлора. В кристалле молекулы утрачивают обособленное существование. Ионный кристалл состоит не из молекул, а из ионов. Весь кристалл в целом можно рассматривать как одну гигантскую молекулу.
В узлах молекулярной решетки (см. рис. 35.2) размещаются полярные молекулы. Разноименно заряженные частицы двух соседних молекул притягиваются и связывают молекулы в кристаллическую решетку. Таким образом, между молекулами кристалла действуют те же силы, что и между молекулами реального газа. Эти силы называют еще силами Ван-дер-Ваальса. По сравнению с ионными, молекулярные решетки не такие прочные, они легко деформируются. Такие решетки имеют вода (лед), углекислота (сухой лед), азот, кислород, водород, а также резина, парафин, целлюлоза и многие другие кристаллы.
В атомных решетках нейтральные атомы соседних узлов связаны между собой валентными электронами. Орбиты электронов смещаются так, что электрон движется по орбите, охватывающей два соседних атома, и таким образом, связывает их между собой. Так осуществляется связь атомов в молекулах с ковалентной связью.
Вкачестве примера рассмотрим атомные решетки алмаза и графита. Эти кристаллы идентичны по своей химической природе – они построены из атомов углерода, но отличаются строением решетки. В кристалле алмаза (см. рис. 35.3) соседние атомы углерода размещены на одинаковом расстоянии 154 пм друг от друга. Они одинаково и очень тесно связаны во всех направлениях, что является причиной чрезвычайной прочности и твердости алмаза. Каждый четырехвалентный атом углерода размещается в центре правильной четырехгранной пирамиды – тетраэдра, в вершинах которой находятся четыре его ближайших соседа, с которыми он связан валентной связью. Такую же решетку, как у алмаза, имеют типичные полупроводники – германийи кремний.
Кристаллическая решетка графита (см. рис. 35.4) имеет совершенно другое строение. Она состоит из ряда параллельных слоев атомов. Каждый слой заполнен тесно связанными между собой атомами углерода, размещенными в вершинах правильного шестиугольника на расстоянии 142 пм друг от друга. Между соседними атомами, лежащими в одном слое, осуществляется прочная валентная связь Атомы соседних слоев слабо связаны друг с другом, так как расстояние между соседними слоями более чем вдвое превышает расстояние между атомами шестиугольника и равняется 340 пм. В этом направлении связь осуществляется слабыми силами Ван-дер-Ваальса. Поэтому кристалл графита легко скалывается вдоль этих слоев (плоскостей спайности), он мягок и легко крошится. Это позволяет изготовлять из графита грифели карандашей, щетки электродвигателей, сухие смазки, используемые, например, для уменьшения трения между листами рессоры автомобиля. Поскольку лишь три валентных электрона атома углерода из четырех принимают участие в образовании валентных связей с соседними атомами, четвертый электрон оказывается слабо связанным с атомом. Именно такие электроны обеспечивают электропроводность графита, тогда как алмаз не является проводником электрического тока.
Вузлахметаллической решетки (см. рис. 35.5) размещены положительные ионы металла. В пространстве между узлами решетки двигаются свободные (точнее – коллективизированные) электроны. Эти электроны не принадлежат отдельным атомам, а движутся по сложным орбитам, охватывающим весь металл. Таким образом, междоузельное пространство заполнено своеобразным “электронным газом”, который стягивает, “склеивает” положительные ионы в плотную кристаллическую решетку. Наличием свободных электронов объясняется хорошая электропроводность металлов.