Равновесные и неравновесные конденсированные системы

Магистратура 2019/2020

Статус: Курс по выбору (Физика)

Направление: 03.04.02. Физика

Кто читает: Базовая кафедра физики конденсированных сред Института физики твердого тела РАН

Где читается: Факультет физики

Когда читается: 1-й курс, 1, 2 модуль

Формат изучения: без онлайн-курса

Преподаватели: Аронин Александр Семенович

Прогр. обучения: Физика

Язык: русский

Кредиты: 5

Контактные часы: 48

Полная версия программы учебной дисциплины

Аннотация

Целями освоения дисциплины «Равновесные и неравновесные конденсированные системы» являются: • формирование у студентов профессиональных компетенций, связанных с использованием современных представлений в области физики конденсированных сред, • приобретение студентами навыков самостоятельной исследовательской работы, • формирование подходов, основанных на полученных знаниях, позволяющих проводить научные исследования и анализировать полученные результаты, • развитие умений, позволяющих развивать качественные и количественные физические модели электронных процессов в твердых телах.

Цель освоения дисциплины

формирование у студентов профессиональных компетенций, связанных с использованием современных представлений в области физики конденсированных сред,
приобретение студентами навыков самостоятельной исследовательской работы,
формирование подходов, основанных на полученных знаниях, позволяющих проводить научные исследования и анализировать полученные результаты,
развитие умений, позволяющих развивать качественные и количественные физические модели электронных процессов в твердых телах.

Планируемые результаты обучения

знает фундаментальные понятия физики твердого тела: условия фазовых равновесий в одно и двухкомпонентных системах, фазовые переходы и их типы, способы получения и характеристики сильно неравновесных состояний
знает методологию организации и постановку моделирования физических задач по физике конденсированных сред в современных международных лабораториях
пользоваться полученными знаниями для решения экспериментальных и теоретических задач в составе малой группы
умеет делать качественные выводы при получении новых результатов исследований, производить оценки параметров и характеристик материалов

Содержание учебной дисциплины

Фазовые равновесия в однокомпонентных системах
Основные понятия и теоремы, используемые при изучении фазовых равновесий: фазы, независимые компоненты, химические потенциалы, правило фаз Гиббса, метастабильные равновесия, правило тройных стыков. T-P диаграммы однокомпонентных систем: уравнения Клапейрона-Клаузиуса и Вант-Гоффа, правило сумм для обхода вокруг тройной точки, критическая точка. T-P-V диаграммы однокомпонентных систем: T-V диаграммы и P-V проекции диаграмм веществ с положительным и отрицательным объемным эффектом плавления, правило рычага для двухфазных областей, изохоры на T-P диаграммах
Фазовые равновесия в двухкомпонентных системах
Условия термодинамического равновесия двух фаз, метод общей касательной, правило рычага, температурные зависимости кривых свободной энергии жидкости и твердого раствора для диаграмм типа сигары и диаграмм с минимумом и максимумом на кривой плавления. Эвтектическая и перитектическая диаграммы, температурные зависимости кривых свободной энергии, пути кристаллизации и термограммы. Фазовые границы вблизи чистого вещества, монотектические, синтектические и метатектические диаграммы, диаграммы с ретроградным плавлением. Теорема Палатника о соприкосновении фазовых пространств, теорема Райнза, анализ вырожденных фазовых равновесий на экспериментальных T-X диаграммах и вид диаграмм при снятии вырождения. Анализ ошибок на экспериментальных TX диаграммах и возможный вид этих диаграмм.
Диффузионные и бездиффузионные фазовые переходы
Фазовые переходы. Связь структурных характеристик с диаграммами фазового равновесия. Механизмы фазовых превращений. Превращение «зарождениерост». Рост без изменения состава Случай диффузионного контроля скорости роста. Распад пересыщенных растворов. Коалесценция по Оставальду. Спинодальный распад. Бездиффузионные фазовые переходы. Условия и особенности прямых и обратных бездиффузионных фазовых переходов. Мартенситная память формы.
Структура, магнитные и механические свойства материалов в сильно неравновесном состоянии.
Формирование структуры сильно неравновесных систем (аморфных, квазикристаллических и нанокристаллических). Структура аморфных, квазикристаллических и нанокристаллических материалов. Эволюция структуры аморфных, квазикристаллических и нанокристаллических материалов при внешних воздействиях (температура, механические напряжения, магнитные поля). Способы получения металлических наноматериалов. Стабильность наноструктуры. Методы исследования структуры сильно неравновесных систем. Магнитные свойства металлических материалов в аморфном и нанокристаллическом состоянии. Температура Кюри, гистерезисные свойства, зависимость от состава и обработки. Магнито-упругие эффекты. Механические свойства аморфных и нанокристаллическитх материалов. Зависимость прочностных и пластических свойств от характеристик структуры.

Элементы контроля

Контрольная работа
Экзамен

Промежуточная аттестация

Промежуточная аттестация (2 модуль)
0.5 * Контрольная работа + 0.5 * Экзамен

Программа дисциплины