Кванттық күй, кванттық сұйықтық, асқын өткізгіштік, асқын аққыштық, фонодар, кристалдық торлар

Пән: Физика
Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 7 бет
Таңдаулыға:

Қазақстан Республикасының Білім және Ғылым министірлігі

Семей қаласындағы Шәкәрім атындағы Мемлекеттік университеті

СӨОЖ

Пән: Конденсацияланған күй физикасы

Тақырыбы: Кванттық күй, кванттық сұйықтық, асқын өткізгіштік, асқын аққыштық, фонодар, кристалдық торлар.

Орындаған : Айтқалиев Ж. Қ.

Топ: ТФ-319

Тексерген: Сейсенбаева М. Қ.

Семей 2015

Мазмұны:

1 Паули принціпі3

2 Асқын өткізгіштік4

3 Асқын аққыштық4

4 Кванттық сұйықтық5

5 Кристалдық тор және фонондар6

1 Паули принціпі

Күрделі атомдардың орбитальдарын электрондармен толтыру үшін орбитальдардың әрқайсысында бола алатын электрондар санын анықтап алу қажет. Ол үшін 4 квант санын өзара комбинациялайдың жолын білу керек.

Швецария физигі В. Паули 1925 жылы элементтердің периодтық жүйедегі орнына қарап және спектрлерін анализдей отырып, квант сандарын электронның реалды күйін сипаттай алатындай етіп, комбинациялаудың жалпы принципін ұсынған. Паули бұл тыйым салу деп аталған принципі бойынша бір атомның ішінде барлық жағынан ұқсас екі электрон болуы мүмкін емес, яғни атомдағы 2 электронның 4 квант санының төртеуі де бірдей бола алмайды.

Атомдағы әрбір электронның басқалардан гөрі ең кемінде бір квант саны өзгеше болуы керек. Паули принципін пайдалана отырып алғашқы екі квант қабатында бола алатын электрондардың санын табайық: n = 1, l = 0 десек, ондағы электрондардың тек спиндері ғана өзгеше болады. n l m s; 1 - электрон: 1 0 0 +½; 2- электрон: 1 0 0 -½.

Мұнда үшінші электрон болуы мүмкін емес, егер болған жағдайда онда Паули принципін бұзып, үшінші электрон алғашқы екеуінің біреуіне ұқсап кетер еді. n = 2 болғанда біріне бірі ұқсамайтын 8 электрон бола алады. Бір квант қабатындағы бірдей орбитальдарды электрондармен толтыру үшін Гунд ережесін білу керек. Гунд ережесі бойынша берілген қабатшадағы электрондардың спин сандарының қосындысы максималь болуы шарт.

Кванттық сандар - кванттық жүйелерді (атом ядросын, атомды, молекуланы, т. б. ), жеке элементар бөлшектерді, жорамал бөлшектерді (кварктер мен глюондарды) сипаттайтын физикалық шамалардың мүмкін мәндерін анықтайтын бүтін немесе бөлшек сандар. Кванттық жүйе күйін түгелдей анықтайтын кванттық сандардың жиынтығын толық кванттық сандар деп атайды. Атомдағы электронның күйі үш кеңістіктік координата және спинмен байланысқан электронның төрт еркіндік дәрежесіне сәйкес келетін төрт кванттық санмен анықталады. Олар сутек атомы және сутек тәрізді атомдар үшін былайша аталады: бас кванттық сандар (n), орбиталық кванттық сандар (l), магниттік кванттық сандар (ml), магнитті спиндік не спиндік кванттық сандар (ms) . Кванттық сандар микродүниеде өтетін процестердің дискретті сипаты бар екендігін бейнелейді әрі олар әсер квантымен, яғни 'Планк тұрақтысымен тығыз байланысты болады. Спин-орбиталық өзара әсер ескерілген кезде электронның күйін сипаттау үшін ml мен ms-тің орнына толық қозғалыс мөлшері моментінің кванттық саны (j) мен толық момент проекциясыныңкванттық саны (mj) пайдаланылады. Атомның, т. б. кванттық жүйелердің күйін сипаттау үшін күй жұптылығы (P‘) делінетін тағы да бір кванттық сан енгізіледі. Ол +1 не -1 мәндерін қабылдайды. Элементар бөлшектер физикасы мен ядролық физикада бұдан да басқа кванттық сандар енгізіледі. Мысалы: электрлік заряд (Q), бариондық заряд (B), электронды-лептондық заряд (Le), мюонды-лептондық заряд (Lμ), изотоптық спин (T), ғажаптылық (оғаштық) (S) не гиперзаряд, т. б. Кванттық сандар элементар бөлшектердің кванттық сандары олардың (бөлшектердің) өзара әсері мен бір-біріне айналу процесін анықтайтын ішкі сипаттамасы болып табылады. Кең мағынада кванттық сандар деп, көбінесе, кванттық механикалық бөлшектер (немесе жүйелер) қозғалысын анықтайтын және қозғалыс кезінде сақталатын физикалық шамаларды айтады.

2 Асқын өткізгіштік

Асқын өткізгіштік - кейбір өткізгіштерді белгілі бір алмағайып температураға (Та) дейін суыту кезінде олардың электрлік кедергісінің секірмелі түрде кенет нөлге дейін төмендеу құбылысы. Сынаптың темп-расын Т = 4, 15 К-ге төмендеткен кезде бұл құбылысты алғаш рет (1911) голланд физигі Х. Каммерлинг-Оннес байқаған. Ол кейін Т1Та темп-ра кезінде күшті магнит өрісінде (НТНа) сынаптың электрлік кедергісінің қалпына келетіндігін де анықтаған (мұндағы На - алмағайып магнит өрісінің кернеулігі) . Егер ТтТа және НТНа болса, онда асқын өткізгіш үлгінің қасиеті идеал диамагнеттің қасиетіндей болып өзгереді (қ. Диамагнеттік) . Сөйтіп, асқын өткізгіштің ішкі магнит индукциясы (В) 0-ге тең болады, яғни сыртқы магнит өрісі асқын өткізгіш ішіне өте алмайды. Бұл құбылыс Мейснер эффектісі деп аталады.

1967 жылы Дж. Бардин, Л. Купер, Дж. Шриффер (АҚШ) және Н. Н. Боголюбов (Ресей) Асқын өткізгіштіктің микроскопиялық теориясын жасады. Бұл теорияның негізіне спиндерінің таңбасы қарама-қарсы электрондар жұбы (Купер жұбы) алынған. Мұндай жұптың заряды 2 l-ге (мұндағы l - электрон заряды), спинінің мәні нөлге тең болады, әрі ол Бозе-Эйнштейн статистикасына бағынады. Асқын өткізгіштік құбылысы байқалатын металдарда жұптар бозе-конденсация құбылысына ұшырайды. Сондықтан купер жұптарының асқын аққыштық қасиеті болады. Сонымен Асқын өткізгіштік электрондық сұйықтықтың асқын аққыштығы болып табылады. Асқын өткізгіштік практикада кеңінен пайдаланылады. 20 ғасырдың соңында керамикалық материалдардың жоғары температурадағы (77-100 К) асқын өткізгіштігін зерттеу бағыты қарқынды дамуда. Ал Қазақстанда Асқын өткізгіштікті зерттеу ҚР ғылым академиясының Ядр. физ. ин-тында (ҚР ғылым академиясының корр. мүшесі Ә. Қ. Жетбаевтың жетекшілігімен) жүргізілуде.

3 Асқын аққыштық

Асқын аққыштық - кванттық сұйықтықтың тар саңылаулар мен тар түтікшелер (капиллярлар) арқылы үйкеліссіз ағатын күйі. ТА=2, 17 К-нен төмен темп-рада және 38, 8 мм сын. бағ. қаныққан бу қысымында 4Не сұйық гелийі өзінің қасиеттерін күрт өзгертіп, асқын аққыш күйге ауысады. Асқын аққыш 4Не-ді Не ІІ деп, ал асқын аққыш емес 4Не-ді Не І деп атайды. Не ІІ-нің А. а. қасиетін 1938 ж. П. Л. Капица ашқан. Ал 1972 - 74 ж. сұйық 3Не-дің де (2, 6 10-3 К-нен төмен темп-рада және 2, 588104 м сын. бағ., яғни 34 атм. қысымда) асқын аққыштығы анықталған. 4Не және 3Не сұйық гелийлердің асқын аққыш күйге ауысуы 2-текті фазалық ауысу болып есептеледі. 2-текті фазалық ауысу байқалатын темп-радағы жылу сыйымдылығының өзгеру графигі 1 әрпіне ұқсас болғандықтан, осы темп-ра с-нүктесі деп, ал ауысу --ауысуы деп аталады. Асқын аққыштық сұйықтықты тұтқырлығы жоқ сұйықтық деп қарастыруға болмайды. Өйткені Не ІІ-ге батырылған дискінің иірілмелі тербелістері бойынша жасалынған тәжірибелер Т--дан онша алшақ емес темп-ра кезінде, тұтқырлық салдарынан тербелістің өшуі Не І-дегі осыған ұқсас тербелістердің өшуінен айырмашылығы аз болатындығын көрсетті. Не ІІ-нің А. а. теориясын 1941 ж. Ландау тұжырымдап берді. Е к і - с ұ й ы қ т ы қ г и д р о д и н а м и к а с ы деп аталатын Ландау теориясының негізіне төмен темп-раларда Не ІІ-нің әлсіз қозған кванттық жүйе күйінде болуы, ондағы элементар қозулардың (кванттық бөлшектердің) салдарынан деген тұжырым алынған. Бұл теория бойынша Не ІІ өзара бір-бірімен кіріктіріліп тұрған екі құраушыдан (қалыпты және асқын аққыш) құралған деп қарастырылады. Тр-ға онша жақын емес темп-рада қалыпты құраушы екі түрлі квазибөлшектердің жиынтығынан - фонон және ротоннан тұрады. Квазибөлшектердің өзара және ыдыс қабырғаларымен соқтығысуы салдарынан қалыпты құраушыда тұтқырлық пайда болады да, ал Не ІІ-нің қалған - асқын аққыш құраушысының тұтқырлығы болмайтындықтан, ол тар саңылаулар және тар түтікшелер (капиллярлар) арқылы еркін ағады. Асқын аққыш сұйықтық конвекция әсерінен айырықша жоғары жылу өткізгіштік қасиетке ие. Оның себебі конвекция кезінде жылу квазибөлшектер газының макроскопиялық қозғалысы арқылы тасымалданады.

4 Кванттық сұйықтық ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.