Фазовый переход первого рода
Отличительной особенностью фазовых переходов первого рода является скачкообразное изменение удельной внутренней энергии и связанных с ней величин в точке перехода и, следовательно, наличие скрытой теплоты перехода. Переход совершается при определенных температуре и давлении, и в процессе перехода обе фазы одновременно существуют в объеме и пространственно разграничены. Переход жидкости в пар, конденсация, кристаллизация и плавление являются примерами фазовых переходов
первого рода.
Фазовый переход второго рода
Фазовые переходы второго рода происходят сразу во всем объеме и обязательно связаны с изменением симметрии системы. Температура, при которой происходит фазовый переход, называется точкой Кюри. Поскольку переход происходит сразу во всем объеме, не существует пространственного разделения фаз и их нахождения в равновесии друг с другом. Фазовый переход второго рода не сопровождается выделением или поглощением теплоты фазового превращения. Объем при переходе не меняется, но теплоемкость в связи с изменением симметрии системы меняется. Переход металла в сверхпроводящее состояние и переход Не-I в Не-II являются примерами фазовых переходов второго рода.
Молекулярная физика
Тема 21:
Кристаллические твердые тела
Содержание
•Симметрия твердых тел.
•Кристаллические решетки. Элементарная ячейка. Кристаллические системы. Обозначения атомных плоскостей и направлений.
•Решетки химических элементов и их соединений.
•Теплоемкость кристаллических твердых тел.
•Дефекты в кристаллах. Дислокации.
•Физические процессы в кристаллах при деформациях.
Симметрия твердых тел
Симметрия тела выражает свойства его совмещаться с самим собой при определенных перемещениях, называемых преобразованиями или
операциями симметрии. Эти перемещения не должны сопровождаться растяжениями, сжатиями, сдвигами и другими деформациями, при которых изменяются расстояния между точками тела.
К преобразованиям симметрии относятся:
1)параллельный перенос всех точек тела на определенное расстояние (трансляция);
2)поворот тела вокруг некоторой оси на определенный угол;
3)отражение в плоскости;
4)инверсия или отражение в точке,
а также все комбинации таких преобразований.
Симметрия твердых тел
Определенные геометрические точки, прямые и плоскости, симметрично расположенные относительно тела, называются его элементами симметрии. К ним относятся ось симметрии, плоскость симметрии, зеркально-поворотная ось, центр симметрии и пр.
Совокупность всех элементов симметрии тела называется его группой симметрии.
Группы симметрии, содержащие только операции отражения, поворота и инверсии, но не содержащие трансляций, называются точечными группами. Такие группы оставляют на месте по крайней мере одну точку тела и описывают симметрию конечных фигур: атомов, молекул, многогранников и пр.
Группы симметрии, содержащие, наряду с перечисленными операциями, также трансляции,
описывают симметрию бесконечных систем с |
|
периодической структурой. Они называются |
|
пространственными группами. |
376 |
|
Симметрия твердых тел
Если тело переходит само в себя при повороте на угол 2π/n (где n=1, 2, 3, ...) вокруг некоторой оси, то эта ось называется поворотной осью или осью симметрии n-го порядка (n=2, 3, 4 и 6).
Если тело переходит само в себя в результате зеркального отражения в некоторой плоскости, то эту плоскость называют плоскостью симметрии.
Операция поворота тела вокруг неподвижной оси на угол 2π/n с одновременным отражением его в плоскости, перпендикулярной к той же оси, называется зеркально-
поворотным преобразованием. Если в результате такого преобразования тело переходит само в себя, то соответствующую ось называют зеркально-поворотной осью n-го порядка (n=2, 3, 4 и 6).
Если при инверсии относительно некоторой точки O тело переходит само в себя, то точка О называется центром симметрии тела. Если в теле есть зеркально-поворотная ось второго порядка (n=2), то в нем есть и центр симметрии.
Кристаллические решетки
Основной особенностью кристаллов, отличающих их от жидкостей и аморфных твердых тел, является периодичность пространственного расположения атомов, молекул и ионов, из которых состоит кристалл. Такая периодичность называется
дальним порядком.
Совокупность таких периодически расположенных атомов образует периодическую структуру,
называемую кристаллической решеткой. Точки, в
которых расположены сами атомы, называются узлами (пространственной) кристаллической решетки. Представление о пространственной решетке в кристаллографии было введено О. Браве.
Трансляция
Будем предполагать, что кристаллическая решетка неограниченная. Периодичность решетки проявляется в так называемой трансляционной симметрии. Трансляционная симметрия означает,
что существуют три некомпланарных вектора a1, а2 и а3, характеризующиеся тем, что при смещении решетки на вектор
T n1a1 n2a2 n3a3 ,
где n1, n2 и n3 – целые числа (в том числе и нули), она переходит сама в себя. Такие смещения называются трансляциями, а
вектор T – вектором трансляции.
Элементарная ячейка
Если при неизменных направлениях векторов a1, а2, а3 выбрать их длины минимальными, чтобы трансляциями вдоль этих направлений можно было получить всю кристаллическую решетку, то векторы a1, а2, а3 называются базисными векторами, а их совокупность – базисом решетки. Параллелепипед с ребрами a1, а2, а3
называют базисным параллелепипедом. Вместе с
находящимися в нем атомами он образует элементарную ячейку кристаллической решетки. Длины ребер такого параллелепипеда называются основными периодами решетки. Если элементарная ячейка содержит 8 атомов в вершинах основного параллелепипеда, но не содержит ни одного атома внутри объема или на гранях этого параллелепипеда, то она называется примитивной. Все другие ячейки называются сложными. Примитивная пространственная решетка называется решеткой Браве.
