10.4. Дефекти в кристалах

На практиці кристалічна структура реальних кристалів відрізняється від ідеальної наявністю дефектів. Дефекти в кристалах – це порушення ідеальної кристалічної решітки. Вони складають незначну частину об’єму кристала, але суттєво впливають на його фізичні властивості, оскільки викликають пружні викривлення структури, що в свою чергу, зумовлює виникнення внутрішньої напруги в кристалі.

Дефекти поділяються на три типи: точкові, одновимірні та об’ємні.

Точкові дефекти, в свою чергу, поділяються на енергетичні, електронні та атомні. Енергетичні та електронні дефекти є предметом дослідження квантової теорії і тут не розглядаються.

Атомними дефектами здебільшого бувають:

1. Вакансії – відсутність частини атомів або іонів у вузлах ідеальної кристалічної решітки (рис. 10.3, а).

2. Домішки – заміщення частини атомів чи іонів основної речовини атомами або іонами іншої природи (рис. 10.3, б).

3. Дефекти втілення – інородні атоми або йони розташовуються між вузлами кристалічної решітки (рис. 10.3, в).

4. Дефекти зміщення – неправильні розташування атомів або іонів у решітці.

5. Порушення стехіометричних пропорцій між атомами складних речовин.

Одновимірні (лінійні) дефекти – це так звані дислокації. В реальних кристалах деякі атомні площини можуть обриватися. Краї таких обірваних (зайвих) площин утворюють так звані крайові дислокації (рис 10.3 г). Існують також гвинтові дислокації, пов’язані із закручуванням атомних площин у вигляді гвинтових східців, а також більш складні типи дислокацій. Іноді лінійні дислокації утворюються шляхом збільшення концентрації точкових дефектів, розташованих ланцюжком.

Двовимірні дефекти – це межі між ділянками кристала, повернутими на різні незначні кути одна відносно одної; дефекти розташування атомів у кристалі; межі електричних і магнітних моментів; антифазні межі у сплавах; межі між монокристалами у полікристалі.

Об’ємні дефекти. До них належать: скупчення вакансій, внаслідок чого утворюються пори та канали; частинки, що осідають на різних дефектах (декоруючі), наприклад, бульбашки газів, бульбашки маточного розчину; скупчення домішок у вигляді секторів та зон росту кристала.

Більш докладно з дефектами в кристалах можна познайомитися за допомогою [7].

Зміст

Вступ………………………………………………………………………............3

І. Основні положення молекулярної фізики та термодинаміки……………….4

1.1.Молекулярна фізика і термодинаміка, їх завдання та методи…………4

1.2.Макроскопічні параметри системи та їх мікроскопічне тлумачення….6

1.3.Основні газові закони. Рівняння стану ідеального газу.……………….8

1.4.Тиск газу з погляду молекулярно-кінетичної теорії1.………………...11

1.5.Молекулярно-кінетичне тлумачення температури.……………….......13

ІІ. Перший закон термодинаміки.………………...............................................15

2.1.Вступ.………………..................................................................................15

2.2.Внутрішня енергія термодинамічної системи.………………...............15

2.3.Теплота і робота як форми передачі енергії.………………..................17

2.4.Теплоємність.……………….....................................................................18

2.5.Перший закон термодинаміки.……………….........................................19

2.6.Ізопроцеси в ідеальних газах.………………...........................................20

ІІІ. Другий закон термодинаміки.………………...............................................25

3.1.Можливості першого закону термодинаміки.………………................25

3.2.Колові процеси.………………..................................................................25

3.3.Цикл Карно.………………........................................................................26

3.4.Нерівність Клаузіуса.………………........................................................29

3.5.Ентропія і її властивості.………………..................................................29

3.6.Другий закон термодинаміки...................................................................32

3.7.Статистичний характер другого закону термодинаміки.......................33

IV. Термодинамічні потенціали..........................................................................34

4.1.Загальні відомості......................................................................................34

4.2.Внутрішня енергія.....................................................................................35

4.3.Енергія Гельмгольца.................................................................................35

4.4.Ентальпія....................................................................................................36

4.5.Енергія Гіббса............................................................................................37

V. Третій закон термодинаміки...........................................................................38

VІ. Статистичні розподіли...................................................................................39

6.1.Короткі відомості з теорії ймовірностей.................................................39

6.2.Закон розподілу Больцмана......................................................................40

6.3.Закон розподілу Максвелла......................................................................42

6.4.Закон розподілу Максвелла-Больцмана..................................................46

6.5.Закон рівномірного розподілу енергії за ступенями вільності.............47

6.6.Внутрішня енергія і теплоємність ідеального газу................................49

VІІ. Явища переносу в газах................................................................................50

7.1.Середня довжина вільного пробігу молекули в газах............................50

7.2.Дифузія в газах..........................................................................................52

7.3.Внутрішнє тертя в газах............................................................................53

7.4.Теплопровідність газів..............................................................................54

VIII. Реальні гази..................................................................................................56

8.1.Відхилення реальних газів від ідеальності.............................................56

8.2.Рівняння Ван-дер-Ваальса........................................................................57

8.3.Ізотерми реальних газів. Фазові переходи..............................................59

8.4.Критична точка. Закон відповідних станів.............................................61

8.5.Внутрішня енергія реального газу...........................................................62

8.6.Ефект Джоуля-Томсона............................................................................63

8.7.Зрідження газів та отримання низьких температур...............................66

IX. Рідини..............................................................................................................67

9.1.Деякі властивості та будова рідини.........................................................67

9.2.Поверхневий натяг рідини........................................................................70

9.3.Поверхнево-активні речовини. Адсорбція..............................................72

9.4.Змочування.................................................................................................73

9.5.Тиск викривленої поверхні. Капілярні явища....................................... 75

Х. Кристали...........................................................................................................79

10.1.Особливості кристалічного стану..........................................................79

10.2.Класифікація кристалів...........................................................................80

10.3.Фізичні типи кристалів...........................................................................83

10.4.Дефекти в кристалах...............................................................................85

Література

1. Савельев И. В. Курс общей физики. Т.1. – М.: Наука, 1977.

2. Детлаф А.А., Яворский Б.М., Милковская Л.Б., Курс физики. Т.1. – М.: Высшая школа, 1973.

3. Кучерук І.М., Горбачук І.Т., Луцик П.Т. Загальний курс фізики. Т.1. – К.: Техніка, 1999.

4. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Т.2. – М.: Наука, 1975.

5. Біленко І.І. Фізичний словник. – К.: Вища школа, 1979.

6. Дутчак Я.Й. Молекулярна фізика. – Львів.: Вид. ЛУ, 1973.

7. Ландау Л.Д., Ахиезер А.И., Лифшиц Е.М. Курс общей физики. Механика и

молекулярная физика. – М.: Наука, 1969.

Навчальне видання

Молекулярна фізика та термодинаміка. Конспект лекцій з курсу загальної фізики.

Укладачі: Білоус Михайло В’ячеславович

Горбатюк Василь Архипович

Печерська Тетяна Вікторівна

Відповідальний редактор: Л.П. Гермаш

Комп’ютерне складання, верстання: О.В. Пугач.

Формат 60 84 / . Папір офсетний. Ризографія.

Авт. др. арк. 2,58. Ум. др. арк. 2,0. Обл.-вид. арк. 2,2.

Наклад 160.

Видавець „ Пугач О. В.” Свідоцтво про реєстрацію суб’єкта

видавничої справи ДК № 1560 від 05.11.2003 р.

04123, Київ, а/с 112. E-mail: olgapugach@mail.ru.

Друк п.п. Сергієнко О.Я. К.- 215, а/с 8. E- mail: srg_02@rambler.ru.

86