В навчальному процесі



Скачати 182.15 Kb.
Дата конвертації30.12.2016
Розмір182.15 Kb.
1. МЕТА ТА ЗАВДАННЯ ДИСЦИПЛІНИ, ЇЇ МІСЦЕ

В НАВЧАЛЬНОМУ ПРОЦЕСІ
Метою дисципліни є виявлення загальних закономірностей будови твердого тіла, його властивостей та механізму процесів, які протікають в ньому при різних умовах.

Вивчення цих закономірностей має особливо велике значення при використанні твердих кристалічних тіл в напівпровідниках, тонких фізичних приладах, квантових генераторах та підсилювачах (лазерах і мазерах), при розробці нових речовин з високою хімічною стійкістю, склокристалічних матеріалів (ситалів), металокерамічних матеріалів (керметів), які поєднують властивості вогнетривких оксидів та металів, і в інших областях науки і техніки.

Завдання дисципліни – передати студентам знання про закономірності утворення твердих тіл, види зв’язку, виникнення та розвиток дефектів кристалічних граток, методи дослідження структури та фазового складу твердих тіл, механіку руйнування, шляхи підвищення міцності та деякі властивості твердих тіл.

У результаті вивчення дисципліни студент повинен уміти:

- кваліфіковано, на науковій основі вивчати склад твердих тіл, їх атомно-електронну структуру;

- встановлювати зв'язок між складом, структурою та фізичними властивостями твердих тіл;

- оцінювати реальну (технічну) міцність твердих тіл та умови її підвищення.

Дисципліна “Будова речовини і методи дослідження” базується на знаннях, отриманих студентами при вивченні загальної хімії, фізики і вищої математики.



2. ЗАГАЛЬНІ МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ
При вивченні літератури рекомендується вести конспект. Він допоможе систематизувати знання і буде потрібен при виконанні індивідуального завдання та підготовці до заліку.

Питання для самоперевірки є доповненням при повторенні вивченого матеріалу.

Відповідати на питання треба після роботи над теоретичною частиною вивченої теми. Якщо при вивченні дисципліни виникають питання, то рекомендується звернутися до викладача кафедри для консультації. На протязі навчального року та у період екзаменаційної сесії в академії читаються лекції з основних підрозділів дисципліни. Лекції допомагають докладно розібрати ті питання, які недостатньо висвітлені у літературі, або складні до засвоєння.

Індивідуальне завдання виконується студентом після вивчення матеріалу згідно з програмою та здається в академію на рецензію.

Якщо індивідуальне завдання зараховано, студент допускається до здачі заліку з дисципліни.

Залік є перевіркою підготовки студентів. Під час здачі заліку студент повинен показати глибокі знання з теоретичних та практичних питань дисципліни, що вивчається.

Розподіл годин за навчальним планом




Усього

Семестр

Усього годин за навчальним планом

у тому числі:



81

81


аудиторні заняття, годин

з них:


12

12


- лекціїї

12

12

- самостійна робота, годин

69

69

Підсумковий контроль

залік

залік


3. ПРОГРАМА ДИСЦИПЛІНИ
ТЕМА 1. ТВЕРДИЙ СТАН РЕЧОВИНИ. СИЛИ ВЗАЄМОДІЇ

Мета та завдання дисципліни “Будова речовини і методи дослідження”.

Сили Ван-дер-Ваальса. Дисперсійна, орієнтаційна та індукційна взаємодія. Іоний, ковалентний, металічний та водневий зв'язок. Порівняння різних видів зв’язку. Сили притягування та сили відштовхування.

Література: 1, С.4-16, 2, С.5-6, 30-50.



Контрольні питання

1. Завдання дисципліни “Будова речовини і методи дослідження”.

2. Які сили повинні діяти між частинками для виникнення стійкої структури

твердого тіла?



3. При яких температурах досягається найбільш повна орієнтація молекул?

4. Які взаємодії включає Ван-дер-ваальсовий зв'язок?

5. В яких випадках іоний зв'язок проявляється найбільш значно?

6. Що є особливістю ковалентного зв’язку?

7. Як відбувається утворення металічного зв’язку?

8. За рахунок чого виникає водневий зв'язок?

9. Який зв'язок є найбільш універсальним?

10. Як енергія зв’язку впливає на фізичні властивості кристалів?

11. Скільки видів зв’язку мають реальні тверді тіла?

12. Який зв'язок найбільш слабкий?

13. Чи характерна наявність різних видів зв’язку для твердих тіл?


ТЕМА 2. КРИСТАЛІЧНА ГРАТКА

Елементарна кристалічна гратка. Гратки Браве. Примітивна, базоцентрована, об’ємноцентрована та гранецентрована гратки. Ближній і дальній порядок розташування частинок. Ізотропність та анізотропність кристалів. Рідкі кристали. Монокристали. ”Нематичний“ та ”смектичний“ тип рідких кристалів. Анізотропія властивостей та практичне використання рідких кристалів. Роль рідких кристалів в процесах обміну живого організму.

Література: 1, С.16-27, 2, С.11-16, 21-29.

Контрольні питання

1. Що лежить в основі кристалічної гратки?

2. Чим характеризується примітивна гратка Браве?

3. Дайте визначення базо центрованій гратці Браве?

4. Чим відрізняється об’ємноцентрована гратка?

5. Охарактеризуйте гранецентровану гратку.

6. Поняття про ближній і дальній порядок.

7. Дайте визначення ізотропності.

8. Що таке анізотропність?

9. За якими напрямами спостерігається впорядковане розташування молекул

в рідких кристалах.



10. Охарактеризуйте поняття, “нематичний” та “смектичний” тип рідких

кристалів.



11. Особливості виготовлення монокристалів.

12. Перерахуйте анізотропні властивості рідких кристалів.

13. Наведіть приклад дії “смектичного” рідкого кристала.

14. Наведіть приклади практичного використання “нематичних” рідких

кристалів.



15. Чим обумовлена поширеність рідких кристалів у живих організмах?

16. Наведіть приклади рідкокристалічних структур, які приймають участь

в процесах обміну живого організму.




ТЕМА 3. ДЕФЕКТИ КРИСТАЛІЧНОЇ ГРАТКИ

Поліморфізм. Нульмерні, одномірні та двомірні дефекти. Дефекти за

Френкелем та за Шотткі. Дислокації. Характер крайової та винтової дислокації. Властивості дислокацій. Вплив дефектів кристалічної гратки на міцність кристалів. Механізми дифузії в твердому тілі та їх зв'язок з дефектами кристалічної гратки.

Література: 1, С.27-33, 2, С.37-39; 52-59, 5, С.77-81, 6, С.133-135,

7, с.205-208.

Контрольні питання

1. Дайте визначення поліморфізму.

2. Наведіть приклади поліморфізму.

3. Види нульмерних (точечних) дефектів.

4. Що таке дефекти за Френкелем?

5. Чим відрізняються дефекти за Шотткі?

6. Дайте визначення фононам.

7. Що відноситься до одномірних (лінійних) дефектів?

8. Назвіть найпростіші види дислокацій.

9. Як утворюється крайова дислокація?

10. Характер винтової дислокації.

11. Найважливіші властивості дислокацій.

12. Характеристика двомірних (площинних) дефектів.

13. Вплив дефектів на властивості твердих тіл.

14. Як впливають дефекти кристала на його міцність?

15. Роль дефектів гратки у процесах дифузії.

16. Якими шляхами йдуть для створення найбільш міцних матеріалів?

17. Які механізми дифузії пов’язані з атомними дефектами кристалічної гратки?

18.Який механізм дифузії виявляється в бездефектних кристалах?


ТЕМА 4. МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЯ БУДОВИ РЕЧОВИНИ

Використання рентгенівських променів для вивчення кристалів. Термографічні методи дослідження. Сутність термічного аналізу. Процеси, які протікають у речовинах при нагріванні. Диференціальний термічний аналіз (ДТА) та термогравіметричний аналіз (ТГ). Електронна мікроскопія та метод реплік. Спектроскопічні методи дослідження будови речовини. Сутність електронного парамагнитного резонансу. Особливості ІЧ-спектроскопії. Метод мічених атомів. Вивчення спектрів комбінаційного розсіювання. Задачі і можливості кожного методу аналізу.

Література: 5, С.31-49, 6, С.41-48, 7, С.149-162.

Контрольні питання

1. Які електромагнітні коливання відносяться до рентгенівських променів?

2. За рахунок чого виникає дифракційна картина кристалів?

3. Який вигляд має дифрактограма?

4. Назвіть основні вузли рентгенівських установок.

5. Які процеси протікають в речовинах при нагріванні?

6. В яких методах використовуються термічні характеристики речовини?

7. В чому полягає сутність термічних методів дослідження будови речовини?

8. Наведіть принципову схему приладу для вимірювання термоефектів.

9. Яким чином на кривих нагрівання визначаються фазові зміни?

10 .Які залежності знімають на дерватографі?

11. Який дериватограф має найбільш широке розповсюдження?

12. Яка довжина електронного променя використовується в електронній

мікроскопії?



13. Який ступінь збільшення забезпечує електронний мікроскоп?

14. Чому при електронно-мікроскопічних дослідженнях використовують

об’єкти товщиною не більше 0,1 нм?



15. Який метод найбільш поширений при виготовленні електронно-

мікроскопічних зразків, в чому його сутність?



16. В якому методі вивчають характеристичні смуги поглинання?

17. Які смуги поглинання характерні для силікатних матеріалів.

18.Як готуються зразки для інфрачервоної спектроскопії (ІЧ-спектроскопії)?

19. Який метод використовує дослідження будови речовини по червоних та

фіолетових супутниках?



20. Чим відрізняються червоні та фіолетові супутники ?

21. Основою якого методу є розщеплення спектральних смуг в магнітному полі?

22. В якому методі вивчають будову речовини за допомогою

радіоспектрометрів?



23. На якому ефекті заснований метод електронного парамагнітного

резонансу (ЕПР)?



24. На ідентичності яких властивостей заснований метод мічених атомів?

25. В яких одиницях вимірюється активність іонізаційного випромінювання

молекул?



ТЕМА 5 МЕХАНІКА РУЙНУВАННЯ ТВЕРДИХ ТІЛ

Теоретична міцність. Метод Поляні. Реальна (механічна) міцність твердих тіл. Метод розрахунку технічної міцності за Гриффітсом. Часова міцність. Шляхи підвищення міцності твердих тіл.

Література: 1, С. 56-66, 8, С.194-206.

Контрольні питання

1. Які умови ведуть до крихкісного руйнування?

2. При яких умовах відбувається пластичне руйнування?

3. Яку міцність визначають за методом Поляні?

4. За якою формулою визначається теоретична міцність?

5. Сутність методу Поляні.

6. Що впливає на різницю між теоретичною та реальною (технічною)

міцністю твердих тіл?



7. Наведіть схему утворення тріщини за Гриффітсом.

8. Чому дорівнює загальна зміна енергії, яка пов’язана з виникненням в

твердому тілі тріщини?



9. Яка точка зору Гриффітса на руйнування твердого тіла?

10. Яким рівнянням визначається критичний розмір мікротріщин?

11. Із якого співвідношення за Гриффітсом визначається реальна

міцність твердих тіл, які мають мікротріщини?



12. Що таке часова міцність?

13. Чому дорівнює часова міцність твердих тіл?

14. Які існують шляхи підвищення міцності твердих тіл?

15. В яких матеріалах реалізовано виготовлення бездефектних кристалів?

16. Опишіть властивості матеріалів, в яких реалізовані бездефектні кристали.

17. В яких матеріалах реалізовано максимальне порушення внутрішньої

будови кристала?



18. Які властивості мають матеріали з максимальним порушенням

внутрішньої будови кристала?




ТЕМА 6. ТЕПЛОФІЗИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ТВЕРДИХ ТІЛ

Характер теплового руху в кристалах. Нормальні коливання кристалічної гратки. Поняття про фонони. Теплоємність. Одиниці вимірювання теплоємності. Питома, справжня та середня теплоємності. Закон Дебая. Дебаївська температура. Закон Дюлонга і Пті. Теплове розширення твердих тіл. Анізотропність теплового розширення. Термічний коефіцієнт лінійного розширення (ТКЛР) та його зв'язок з коефіцієнтом об’ємного розширення. Теплопровідність твердих тіл. Коефіцієнт теплопровідності та його анізотропність. Одиниці вимірювання теплопровідності.

Література: 1, С.89-107; 2, С.67-84; 8, С.221-227.

Контрольні питання

1. Які сили діють між частинками твердого тіла?

2. При яких умовах енергія взаємодії між частинками має мінімальне

значення?



3. Чому дорівнює амплітуда теплових коливань частинок твердого тіла?

4. Що таке нормальні коливання кристалічної гратки?

5. Які коливання відіграють основну роль в визначенні теплових

властивостей кристалів?



6. Що таке фонон?

7. Чому дорівнює енергія фонона?

8. Визначте поняття теплоємності?

9. Чим відрізняються питома, справжня та середня теплоємності?

10. Як теплоємність залежить від температури?

11. Сформулюйте закон Дебая.

12. Що таке Дебаївська температура?

13. При яких температурах закон Дебая діє найкраще?

14. Наведіть закон Дюлонга і Пті.

15. Яка різниця між законом Дебая та законом Дюлонга і Пті.

16. В чому суть теплового розширення твердих тіл?

17. Яке рівняння об’єднує лінійний та об’ємний коефіцієнти розширення?

18. В яких кристалах анізотропія теплового розширення найбільш помітна?

19. За рахунок чого передається теплота в твердих тілах?

20. Які частки є провідниками тепла у неметалів та у діелектриків?

21. Які частки проводять тепло в металах?

22. Наведіть приклад та охарактеризуйте анізотропність коефіцієнта

теплопровідності?



23. В яких одиницях вимірюється теплопровідність?


4. ІНДИВІДУАЛЬНІ ЗАВДАННЯ

Номер варіанта обирається за двома останніми цифрами залікової книжки. Індивідуальне завдання складається з 3-х теоретичних питань.



00 варіант

1. Охарактеризуйте сили Ван-дер-Ваальса, які є найбільш загальним

видом зв’язку.



2. Використання рентгенівських променів для дослідження будови речовини.

3. Теоретична міцність твердих тіл та методи її дослідження.

01 варіант

1. Розкрийте сутність іонного (полярного) зв’язку.

2. Диференційно-термічний та термогравіметричний методи дослідження

будови речовини.



3. Реальна (технічна) міцність твердих тіл.

02 варіант

1. Особливості ковалентного зв’язку.

2. Завдання та можливості електронної мікроскопії.

3. Сутність дослідження теоретичної міцності за методом Поляні.

03 варіант

1. Охарактеризуйте металічний зв'язок.

2. Розкрийте сутність термічних методів дослідження будови речовини.

3. Опишіть метод розрахунку реальної (технічної) міцності твердих тіл

за Гриффітсом.




04 варіант

1. При яких умовах виникає водневий зв'язок?

2. Електронна мікроскопія та особливості підготовки зразків за

методом реплік.



3. Охарактеризуйте часову міцність твердих тіл.

05 Варіант

1. Поняття кристалічної гратки. Гратки Браве. Ближній і дальній порядок в

розташуванні частинок.



2. Спектроскопічні методи дослідження будови речовини.

3. Схема утворення тріщини за Гриффітсом.

06 варіант

1. Сформулюйте поняття анізотропності та ізотропності кристалів.

2. Розкрийте особливості методу Іч-спектроскопії при вивченні силікатів.

3. Шляхи підвищення міцності твердих тіл.

07 варіант

1. Розкрийте сутність явища поліморфізму.

2. Задачі та можливості методу вивчення спектрів комбінаційного розсіювання.

3. Поняття питомої, справжньої та середньої теплоємності. Чому дорівнює

теплоємність?



08 варіант

1. Наведіть типи рідких кристалів. Чим вони відрізняються?

2. Розкрийте сутність вивчення будови речовини методом електронного

парамагнітного резонансу (ЕПР).



3. Розкрийте поняття теплового розширення твердих тіл.

09 варіант

1. Розкрийте поняття “смектичний” рідкий кристал. Наведіть приклади.

2. Сутність методу мічених атомів

3. Характер теплового руху в твердих тілах.

10 варіант

1. Роль рідких кристалів в процесах обміну живого організму.

2. Рентгенівські промені та їх використання для вивчення будови речовини.

3. Нормальні коливання кристалічної гратки та їх роль в визначенні

теплових властивостей речовини.





11 варіант

1. Дефекти кристалічної гратки.

2 Іонізаційне випромінювання молекул та його використання в методі

мічених атомів.



3. Розкрийте поняття про фонони – елементарні носії руху частинок в

твердому тілі.



12 варіант

1. Охарактеризуйте нульмерні (точечні дефекти).

2. Наведіть принципову схему вимірювання термоефектів на дериватографі

та поясніть, як визначаються фазові зміни.



3. Розкрийте поняття теплоємності твердого тіла.

13 варіант

1. Розкрийте сутність дефектів кристалічної гратки за Френкелем та за Шоттки.

2. Дифракційна картина кристалів та методи її дослідження.

3. Закон Дебая та його використання при визначенні теплоємності в області

низьких температур.



14 варіант

1. Поняття про лінійні (одномірні) дефекти кристалічної гратки. Дислокації

та її види.



2. Використання рентгенівських установок для вивчення будови речовини,

основні вузли цих установок.



3. Закон Дюлонга і Пті та його використання при визначенні теплоємності в

області високих температур.



15 варіант

1. Вплив дефектів кристалу на його міцність.

2. Електронні промені та їх використання в методі електронної мікроскопії

при вивченні будови речовини.



3. Наведіть графік та охарактеризуйте залежність теплоємності від

температури.



16 варіант

1. Вплив дефектів кристалічної гратки на процеси дифузії. Механізм

протікання дифузії.



2. Сутність методу вивчення будови речовини по спектрам комбінаційного

розсіювання.



3. Поняття про теплопровідність. Коефіцієнт теплопровідності та його

анізотропність.



17 варіант

1. Охарактеризуйте теоретичну міцність твердих тіл.

2. Розкрийте сутність методу дифференціально-термічного аналізу (ДТА)

для вивчення будови речовини.



3. Сутність теплового розширення твердих тіл, його анізотропність.

Наведіть приклади.



18 варіант

1. Розкрийте сутність методу Поляні для оцінки теоретичної міцності.

2. Виявлення червоних та фіолетових супутників в спектрах комбінацій-

ного розсіювання та їх використання для вивчення будови речовини.



3. Теплові властивості твердих тіл. Зв'язок між теплоємністю та тепловим

розширенням.



19 варіант

1. Джерела виникнення мікротріщин, розрахунок реальної (технічної)

міцності за Гриффітсом.



2. Спектральні методи вивчення будови речовини.

3. Дайте характеристику ближнього і дальнього порядку розташування

частинок в кристалах.



20 варіант

1. Сучасні погляди на фізичну природу часової міцності.

2. Наведіть основні етапи підготовки зразків для інфрачервоної

спектроскопії (ІЧ-спектроскопії) та розкрийте сутність методу.



3. Наведіть приклади поліформізму в твердих тілах та поясніть, як його

розумієте.



21 варіант

1. Обґрунтуйте загальну зміну енергії твердого тіла, пов’язану з виникненням

в ньому тріщини та її зв'язок з реальною (технічною) міцністю за

Гриффітсом.


2. Наведіть основні методи підготовки зразків для електронної мікроскопії.

Чому потрібно використовувати об’єкти товщиною не більше 0,1 нм?



3. Практичне значення явища поліморфізму.



22 варіант

1. Перерахуйте основні шляхи підвищення міцності твердих тіл.

2. Охарактеризуйте термічні методи дослідження будови речовини.

3. Обґрунтуйте поняття Дебаївська температура та її зв'язок з

теплофізичними властивостями твердих тіл.



23 варіант

1. Погляди Гриффітса на руйнування твердого тіла.

2. Характеристичні смуги поглинання та їх використання в методі

ІЧ-спектро-скопії.



3. Дисперсійна взаємодія та сили Ван-дер-Ваальса.

24 варіант

1. Поясніть сутність підвищення міцності твердих тіл в матеріалах з

максимальним порушенням внутрішньої будови кристала.



2. Смуги поглинання силікатних матеріалів в методі ІЧ-спектроскопії.

3. Орієнтаційна взаємодія та сили Ван-дер-Ваальса.

25 варіант

1. Поясніть сутність підвищення міцності твердих тіл в матеріалах з

бездефектними кристалами.



2. Дериватографи та їх використання в термічних методах дослідження

речовини.



3. Порівняйте різні види зв’язку.


Література

1. Г.И.Епифанов. Физика твердого тела.- М: Высшая школа, 1977.- 288 с.

2. Б.А.Бушманов. Физика твердого тела.- М: Высшая школа, 1971.- 224 с.

3. В.Н.Чеботин. Физическая химия твердого тела. – М: Химия, 1982.- 320 с.

4. М.Х.Карапетьянс, С.И.Дракин. Строение веществ.- М: Высшая школа.

1978.- 304 с.



5. Г.В.Куколев. Химия кремния и физическая химия силикатов.- М:

Высшая школа, 1966.- 383 с.



6. А.А.Пащенко. Физическая химия силикатов.- М.: Высшая школа,

1986.- 364 с.



7. Н.М.Бобкова. Физическая химия силикатов.- Минск: Вышейшая школа,

1980.-266 с.



8. К.К.Стрелов, И.Д.Кащеев, П.С.Мамыкин. Технология огнеупоров.- М:

Металлургия, 1988.- 528 с.




З М І С Т


1.

Мета та завдання дисципліни, її місце в навчальному процесі….

3

2.

Загальні методичні вказівки ……………………………………….

3

3.

Програма дисципліни ………………………………………………

4




Тема 1. Твердий стан речовини. Сили взаємодії…………….

4




Тема 2. Кристалічна гратка …………………………………..

5




Тема 3. Дефекти кристалічної гратки………………………...

6




Тема 4. Методи дослідження будови речовини……………...

7




Тема 5. Механіка руйнування твердих тіл…………………...

8




Тема 6. Теплофізичні властивості твердих тіл……………….

9

4.

Індивідуальні завдання……………………………………………..

10

5.

Література……………………………………………………………

14

Підписано до друку 12.04.08. Формат 60х84 1/16. Папір друк. Друк плоский.

Облік.-вид.арк.0,88. Умов. друк. арк.. 0,86. Тираж 100 пр. Замовлення №
Національна металургійна академія України

49600, м. Дніпропетровськ-5, пр. Гагаріна, 4

__________________________________

Редакційно-видавничий відділ НМетАУ









База даних захищена авторським правом ©lecture.in.ua 2016
звернутися до адміністрації

    Головна сторінка