Szilárdtest fizika Krugosvet enciklopédia
SZILÁRDTESTFIZIKAI
SZILÁRDTESTFIZIKAI szakasza fizika tanulmányozza a szerkezete és tulajdonságai a szilárd anyagok. A tudományos adatok a mikrostruktúra a szilárd anyagok és a fizikai és kémiai tulajdonságai az azokat alkotó atomok szükséges az új anyagok és a technikai eszközök.
Szilárdtestfizikai - az egyik pillére, amelyen nyugszik a modern technológiai társadalom. Tény, hogy az egész hadsereg a mérnökök dolgoznak a legjobban a szilárd anyagok tervezése és gyártása sokféle szerszám, gép, mechanikai és elektronikai alkatrészek, amelyek szükségesek az olyan területeken, mint a kommunikáció, a közlekedés, a számítástechnikai berendezések, valamint az alapkutatás.
A kutatók a területen dolgozók a szilárdtest fizika, érdekes anyag, például fémek, ötvözetek, félvezetők, dielektromos és mágneses anyagok. Sokan lásd a kristályos anyagokra: az atomok vannak elrendezve úgy, hogy kialakítjuk a megfelelő háromdimenziós rácsos - periodikus struktúra. Rendellenességek ideális periodicitás okozhatja kémiai szennyeződések, töltetlen (szabad) atomi egységek, intersticiális atomok (a intervallumok közötti csomópontok) és a diszlokációk. Sok esetben, az ilyen megsértése vagy eltérések szigorú periodicitás alapvetően meghatározza a fizikai tulajdonságai, kristályos szilárd anyagok. Szabályozásával a koncentrációja az ilyen hibák vagy szándékosan létre őket, akkor előállíthatók „előre kijelölt” tulajdonságai a szilárd anyagok. Ez a technológia nagy szerepet játszik, például a területén a félvezető mikroelektronika. Anyagok egy másik osztályát az érdeklődés a szilárdtest fizika, - egy üvegszerű vagy amorf anyagok. Atomok ilyen anyagok általában ugyanaz, mint a folyadékok, azaz a vannak elrendezve csak a tartományban több atomközi távolságra minden atom érkezett központi. Más szavakkal, egy tipikus üveg-rendezett tartomány atom elrendeződés, nem távoli, mint a kristályszerkezetben. . Lásd még a kristály; Félvezető elektronikus eszközök.
Tulajdonságok Szilárd anyagok
A fizikai tulajdonságai szilárd anyagok mechanikai, termikus, elektromos, mágneses és optikai tulajdonságait. Ezeket vizsgáltuk, hogy megfigyeltük az a minta, amikor a hőmérséklet-változás, térfogat vagy nyomás, olyan körülmények között a mechanikai igénybevétel, az elektromos és mágneses mezők, hőmérséklet-gradiensek valamint hatása alatt a különböző sugárzások - fény, röntgensugarak, elektronsugarak, neutronok, stb .
Jelentős része a laboratóriumi felszerelés szükséges, hogy megtanulják ezeket a tulajdonságokat, önmagában tartalmaz egy szilárd állapotú eszköz. A kémiai tulajdonságai a szilárd anyagok különösen fontos a tanulmány a felszíni jelenségek. . Lásd még VEGYÉSZET; Kémia A felszíni jelenségek.
Szerkezetét.
A szilárd test atomok alkotják. Létét jelenlétét jelzi intenzív vonzóerők kötődő atomok együtt, és a taszító erők az atomok között, amely nélkül nem lenne rések. Ennek eredményeként az ilyen kölcsönhatások Solid atomok részlegesen elvesztik egyéni tulajdonságaikat, és hogy ez magyarázza az új, kollektív rendszer tulajdonságai az atomok, amely az úgynevezett szilárd.
Mi a természete ezeknek az erőknek? Szabad atom áll, egy pozitív töltésű magot és számos negatív töltésű elektronok (tömege szignifikánsan kisebb a mag tömegére számítva). Jól ismert Coulomb (elektromos) ható erők között töltött részecskék, hozzon létre közötti vonzás a sejtmagban és az elektronok, valamint a kölcsönös közötti taszítás elektronok. Ezért a szilárd anyag lehet tekinteni, mint amely egy rendszer kölcsönösen repulsing sejtmagok és a rendszer kölcsönösen repulsing az elektronok, mind e rendszerek vonzzák egymást. A fizikai tulajdonságok az objektum határozza meg két alapvető fizikai elmélet - a kvantummechanika és statisztikus mechanika. Bár a természet a kölcsönhatásokat a szemcsék között ismert, hogy rendkívül nagy számú (
Október 22 sejtmagok és több elektronok 1 cm 3) nem ad pontos leírását az elméleti szilárd anyag. . Lásd még a szerkezet az atom; Elektromosság és mágnesesség; Kvantummechanika A statisztikus mechanika.
A modellek használata.
A szilárdtest-fizikai rendszerint az egyszerűsített merev test modell, majd alávetjük kiszámítására a fizikai tulajdonságok. Összes egyszerűnek kell lennie ahhoz, hogy bevallani elméleti leírása, és egyúttal bonyolult ahhoz, hogy biztosítsák, hogy az általuk kutatott tulajdonságait. Például, egy magyarázata néhány általános törvényei elektromos vezetőképesség igen alkalmas fém egyszerű modell, mint a rendszer pozitív ionok ágyazva a gázt mozgó elektronok. De ez nagyon nehéz volt, hogy létrejöjjön egy megfelelő fizikai modell, amely lehetővé tette legalább kvalitatív magyarázata a jelenségnek a szupravezetés, felfedezte 1911-ben a holland fizikus Kamerlingh Onnes.
Szupravezetés.
Ismeretes, hogy alacsonyabb hőmérsékleteken sok fémek és ötvözetek szokatlanul megnövekedett képessége, hogy vezeti az áramot. (Az elektromos áram egy rendezett elektron mozgás.)
1956-ban az amerikai fizikus L.Kuper következtetésre jutott, hogy bizonyos körülmények között a vezetési elektronok a fém képezhet egy gyengén kötött párokat. Éppen ezek a Cooper-párok vannak a szívében, a híres elmélet szupravezetés Bardeen - Cooper - Schrieffer (BCS), beépített 1957; 1972-ben a három amerikai fizikus kapta a Nobel-díjat.
A szupravezető állapotban az anyag nem rendelkezik ellenállást az elektromos áram. Ezért a szupravezető anyag a nagy érdeklődés az energetika, amely számítjuk ezek segítségével például, hogy továbbítja az elektromos áram nagy távolságok nélkül termikus és egyéb veszteségek. Azonban, a fenti egy bizonyos (az úgynevezett kritikus) hőmérséklet szupravezetés eltűnik majd újra megjelenik a fém elektromos ellenállás. Bizonyos körülmények között a szupravezetés elpusztul, mint a mágneses mezőt. Az elektromos áram halad át a szupravezető létre a felületen a saját mágneses tere, és ezért van egy felső határa a szupravezető áramsűrűség, amely felett a szupravezetés is megsérül. Mindez, és különösen alacsony kritikus hőmérséklet, korlátozza a nagyméretű alkalmazásokat szupravezetők. A szupravezetők kell folyamatosan hűtjük cseppfolyós hidrogén és folyékony hélium még jobb. Azonban, a szupravezető tekercselés (például titán-nióbium ötvözetek) széleskörű alkalmazásra találtak a elektromágnesek. Tovább folyik a kutatás új anyagok (beleértve a kristályok és a szerves polimerek), amelynek magasabb a kritikus hőmérséklet, valamint a további alkalmazási lehetőségeinek szupravezetők. A szakértők remélik, hogy a széles körben elterjedt használata szupravezetők motorok és generátorok ipari termelés kezdődik a következő néhány évben. Különösen izgalmas kilátásokat ígér alkalmazása szupravezetők a vasúti közlekedésben. A mágnest mozgassuk képest a vezető egy vezetőben örvényáramok ami mágneses teret gerjesztenek, a mozgó mágnes taszító. Miután mellékelt, például egy vonat, és a szupravezető mágnes segítségével a sín, mint egy útmutató, lehetséges, hogy a hatás eléréséhez a mágneses felfüggesztés (lebegtetés). Ilyen maglev vonat kell gondoljuk, hogy számos előnye van a hagyományos vonatok és légpárnás. Cm. És szupravezetés.