ӘЛ-ФАРАБИ АТЫНДАҒЫ ҚАЗАҚ ҰЛТТЫҚ УНИВЕРСИТЕТІ Химия және химиялық технология

физика және материалтану кафедрасы
Дәріскер:
PhD доктор, аға оқытушы
Тілеуберді Ербол
МАТЕРИАЛТАНУ
3-курс, қ/б,

көктемгі семестр
5B072000 – Бейорганикалық заттардың химиялық технологиясы
5B072100 – Органикалық заттардың химиялық технологиясы

2015-2016 оқу жылы

5 дәріс. Кристалл тордың динамикасының екі түрі. Кристалл тор атомдарының тербелістерін сипаттаудың дуалізмі. Фонондар.

оларға әртүрлі сыртқы күштер әсер етеді. Мұндай күштердің арасында механикалық

күштер үлкен роль атқарады. Бұл күштердің әсерінен кристалл торды құрайтын атомдар өздерінің тепе-теңдіктегі орындарынан ығысып, нәтижесінде дененің өлшемдері мен пішіні өзгереді, яғни деформацияланады.     Денелердің күш әсерінен формасы мен көлемінің өзгеруі деформация деп аталады.

L2 -Элементтің деформациядан кейінгі ұзындығы
Деформация себебі: атомдардың арақашықтығын өзгерткенде
олардың арасындағы күштер де өзгеріске ұшырайды және ол
күштер денені бастапқы қалпына әкеліуге тырысады. Денеге әсер ететін күштердің сипатына қарай деформацияны
келесі түрлерге жіктейді:
Сығылу деформациясы;
Созылу деформациясы;
Бұрау деформациясы;
Ығысу деформациясы ( немесе кесу);
Майыстыру деформациясы.

Кристалл тордың динамикасының екі түрі. Кристалл тор атомдарының тербелістерін сипаттаудың дуалізмі. Фонондар.

Кристалл тордың динамикасының екі түрі. Кристалл тор атомдарының тербелістерін сипаттаудың дуалізмі. Фонондар.

Кристалл тордың динамикасының екі түрі. Кристалл тор атомдарының тербелістерін сипаттаудың дуалізмі. Фонондар.

етуін тоқтатқаннан кейін ол дене бұрынғы қалпына қайтып келсе, ондай

деформацияны серпімді деп атайды.
Денеге күштің әсер етуін тоқтатқаннан кейін ол дене бұрынғы қалпына қайтып келмесе, ондай деформацияны серпімсіз деп атайды.
Қайтымды деформацияда сыртқы жүктемені алғанда кристалл атомдары өздерінің бастапқы тепе-теңдік орындарына қайтып келеді де, дене бастапқы пішіні мен өлшемдерін қабылдайды. Қайтымды деформация серпімді деп аталады.
Серпімді деформация тек әлсіз сыртқы күштермен әсер еткенде ғана жүзеге асады. Бұл жағдайда ығысқан атомдар сыртқы күштер әсер етпегенде алған орындарына қайтып келу үшін ішкі атомаралық күштер жеткілікті. Кристалл атомдары арасындағы байланысты сыртқы күштің әсерінен қысылатын, созылатын серіппе ретінде қарастыруға болады.
Жеткілікті үлкен сыртқы жүктемелерде ішкі күштердің сыртқы күштерді теңестіруге шамасы жетпейді де, дене қайтымсыз деформацияланады. Бұл кезде қайтымсыз деформацияның екі түрі: пластикалық деформация және морт сыну байқалады.

аққандай болады. Жүктеме алынған соң ағу тоқталады да, дене өзгерген

өлшемдерін сақтап қалады, яғни бұл кезде қалдықты деформация орын алады.
Өте үлкен сыртқы күштер атомаралық байланыстардың толық үзілуі себебінен дененің бұзылуына алып келеді, бірақ мұндай бұзылуға дене сыртқы жүктеменің көбеюіне қарай біртіндеп жетеді. бұл кезде пластикалық деформация орын алады. Пластикалық деформацияның мұндай түрі көптеген металдар, металл құймаларына тән.
Морт сыну басқаша жүзеге асады. Сыртқы жүктемені көбейткенде дене өлшемдерін де, пішінін де сынғанға дейін белгілі бір шамаға дейін өзгертпейді. Деформацияның мұндай түрі химиялық байланысы бейметалл және полимерлі емес қатты денелерге тән. Көрнекті мысал ретінде қыш металдарды алуға болады.

келген деформацияда, морт сынғанда да сыртқы күштер әсерінің нәтижесі қатты

дененің ішінде атомаралық өзгерістердің жиналуынан келып шығады, сондықтан қатты денелердің деформациясының механизмін кристалл тор атомдарының ығысу процестерін қарастырмай түсіну мүмкін емес. Мұндай қарастыру тор динамикасын талдауға атомдық пайымдауды құрайды.
Сонымен қатар көп жағдайларда қатты дене деформациясы сыртқы әсерлерде бүтін жалпы зат ретінде маңызды. Мұндай пайымдау континуалды деп аталады, себебі ол мұндай кристалдың атомдық құралымын ескермей сыртқы күштерге атомдардың бүкіл континуумының реакциясын қарастырады.

көзқарас тұрғысында қарастырады.
Бұл кезде дене үздіксіз тұтас орта деп

есептеледі. Егер тербелісте де қарапайым ұяшық көлемімен салыстырғанда көлемі үлкен дене элементі қатысатын болса, немесе тербелетін көлемнің сызықты өлшемдері кристалдағы атом аралық қашықтықтан айтарлықтай үлкен болса континуалды пайымдау дұрыс деп есептеледі.
Бірақ, абсолют нөлден өзгеше температураларда кристалдағы атомдар тұрақты тепе-теңдік орнының айналасында тербеледі. Қатты денеде барлық атомдар бір-бірімен серпімді күштермен байланысқандықтан, олардың кез келгенінің тербелістері көршісіне беріледі. Осылайша бүкіл кристалда мүмкін бағыттардың бәрінде серпімді толқындар таралады. Олар жылулық тербелістер деп аталады.

Толқындардың корпускулалық қасиеттері кристалл атомдарының берілген жиіліктегі тербелістердің ең аз

порциясы (кванты) бар екенінде байқалады. Мұндай пайымдауда тербелістер энергиясының осындай бір порцияға өзгеруі тербелістер кванты ерекше квазибөлшек – фононның пайда болуы немесе жоғалуы ретінде қарастырылады. Фонон энергиясы Е=ħw, ол дыбыс жылдамдығымен қозғалады.

Сонымен, Фонон - кристалдық тордағы серпімді толқынға сәйкес квазибөлшек.
 

Фонондар

оның екі айырмашылығы бар: 1) фонондар, кез келген квазибөлшектер сияқты

тек нағыз бөлшектерден тұратын жүйелерде ғана өмір сүре алады; фонондар тек кристалдарда өмір сүреді, олар оны тастап немесе одан шығып кете алмайды. Ал, нағыз бөлшектер – электрондар, атомдар кристалдан буланып шығып кете алады, яғни одан бос өмір сүре алады; 2) квазибөлшектер соқтығысқанда квазиимпульс сақталмайды. Фонондар соқтығысып, жоғалады, соқтығысқан фонондар жиілігінен өзгеше жиілігі бар және энергиясы бар жаңа фонон пайда болады.
Бір кванттық күйдегі
фонондардың орташа саны:

Кристалл атомдары тербелетін жиіліктер ауқымын немесе фонондардың энергетикалық спектрін анықтайық. Егер атомдардың бірөлшемді тізбегін адырнаға ұқсас деп қарастырсақ, таралатын тербелістер жиілігі келесі аралықта жатады:

v – тербелістердің таралу жылдамдығы, а – кристалл тор периоды, L - кристалл өлшемдері.