Topic outline

  • ВСТУП

    Навчальна дисципліна «Теорія фазових переходів кристалічних структур» є складовою освітньо-професійної програми підготовки фахівців за освітньо-кваліфіка­ційним рівнем «маґістр» галузі знань «10 Природничі науки» з напряму підготовки 6.040204 – Прикладна фізика, спеціяльности 105 Прикладна фізика та наноматеріали. Дана дисципліна є нормативною за спеціяльністю 105 Прикладна фізика та наноматеріали (фізико-математичні та технологічні проблеми дослідження нанорозмірних систем).

    Мета дисципліни — поглиблене ознайомлення маґістрантів із сучасними уявленнями про зміни структури та механічних, теплових, електричних, магнетних і оптичних властивостей матеріялів функціонального призначення через фазові перетворення; ґрунтовне освоєння маґістрантом сучасних теоретичних (і деяких експериментальних) метод дослідження фазових переходів (зокрема, фізичних механізмів, за якими вони відбуваються) та метод реґулювання цих процесів у функціональних матеріялах задля сучасних технологій; набуття маґістрантами навичок у творчому розв’язуванні відповідних фізичних задач (з використанням ПК); сприяння розвитку логічного й аналітичного мислення маґістрантів — майбутніх фізиків-науковців і викладачів.

    Завдання — формування фізичного мислення у маґістрантів в межах матеріялу, що вивчається. Дисципліна готує маґістрантів до сприймання матеріялу спецкурсів, передбачених програмою спеціялізації.

    Структура курсу

    Програма навчальної дисципліни складається з таких змістових модулів:

    1. Матеріялознавче підґрунтя і феноменологічні засади теорії фазових перетворень

    2. Молекулярно-статистичні та кінетичні основи теорії фазових перетворень

    Згідно з вимогами освітньо-професійної програми в результаті вивчення навчальної дисципліни маґістрант/маґістрантка повинен/повинна

    знати: сучасні уявлення про атомарно-електронну будову функціональних матеріялів, квантові та статистичні причини закономірностей їхніх рівноважних і нерівноважних властивостей, статистичну термодинаміку та фізичну кінетику фазових перетворень, сучасні адекватні теоретичні моделі та методи дослідження явищ (структурних, механічних, теплових, електричних, магнетних, оптичних), що відбуваються при фазових переходах у матеріялах функціонального призначення;

    вміти: вибирати моделі опису, розробляти основи нових і розширювати межі застосовности наявних метод кількісного дослідження станів функціональних матеріялів для з’ясування особливостей їхніх структурних, механічних, теплових, електричних, магнетних, оптичних властивостей в умовах фазових переходів, використовувати їх для характеризації (з урахуванням розвитку експериментальної бази та новітніх потреб застосувань) матеріялів, що створюються, самостійно вивчати і творчо використовувати наукову літературу з даної дисципліни.

    Місце дисципліни (в структурно-логічній схемі підготовки фахівців напряму). Дисципліна «Теорія фазових переходів кристалічних структур» є складовою частиною циклу професійної підготовки фахівців за освітньо-кваліфікаційним рівнем маґістра і є спеціяльною дисципліною для вивчання фізико-математичних наук.

  • Тема 3. СТАТИСТИЧНА ТЕРМОДИНАМІКА ФАЗОВИХ ПЕРЕТВОРЕНЬ

    Статистично-термодинамічні моделі твердого розчину, магнетика: моделі Ізінґа, Гайзенберґа ([4], с. 520–524; [5], с. 99–102; [6], с. 66–71; [7]; [8], с. 359, 360; [9], с. 18, 20, 24, 25, 81–85, 162, 163; [10], с. 354–360; [16]; [18], с. 19–31, 56–63, 67, 80–84, 87–89, 93, 94, 97, 98; [20], с. 182, 183). Наближення: (середнього) самоузгодженого поля ([5], с. 103, 104; [6], с. 67, 72; [7], с. 32, 33, 192–194, 309–311; [9], с. 25–30; [16]; [18], с. 16, 17, 30, 31, 37, 40), Кірквудове високотемпературного розвинення ([2], с. 235–243; [4], с. 113, 114; [5], с. 182–191; [8], с. 214–218; [9], с. 31, 32), «кільцеве» ([9], с. 62–76, 264–270). Методи статичних флуктуаційних хвиль, колективних змінних, варіації кластерів, Монте-Карло (комп’ютерного моделювання) ([5], с. 27, 28, 105–112; [6], с. 58–66; [7], с. 28–31, 199–201, 309–311; [16]; [18], с. 85, 86). Утворення антифазних доменів ([3], с. 312–314; [5], с. 122, 123; [16]); критерії Ліфшиця, Хачатуряна ([5], с. 123–129).

    Завдання для самостійної роботи

    1. Вивчення матеріалу лекції.

    2. Опрацювання матеріалу, що винесений на самостійне вивчення:

    Статистично-термодинамічна модель магнетика за Гайзенберґом ([5], с. 99–102; [7]; [9], с. 18, 20, 24, 25, 81–85, 162, 163; [10], с. 354–360; [16]; [18], с. 67, 80–83, 87–89, 93, 94). Наближення Кірквудове високотемпературного розвинення ([2], с. 235–243; [4], с. 113, 114; [5], с. 182–191; [8], с. 214–218; [9], с. 31, 32) та «кільцеве» ([9], с. 62–76, 264–270). Методи варіації кластерів, Монте-Карло (комп’ютерного моделювання) ([7], с. 28–31, 199–201, 309–311; [16]). Критерії щодо утворення антифазних доменів (за Ліфшицем, Хачатуряном) ([5], с. 122–129).

    Статистично-термодинамічна теорія фазових переходів розпаду ([2], с. 275–279; [5], с. 67–71, 77, 346, 361, 366; [16]) та лад–безлад ([2], с. 202–213; [3], с. 314–324; [5], с. 103, 104, 106–108, 113–115, 167, 168; [6], с. 71–88; [7], с. 194–204, 297, 298, 305, 306; [8], с. 218–235; [16]).

    Завдання для самостійної роботи

    1. Вивчення матеріалу лекції.

    Статистично-термодинамічна теорія фазових переходів лад–безлад ([2], с. 202–213; [3], с. 314–324; [5], с. 103, 104, 106–108, 113–115, 167, 168; [6], с. 71–88; [7], с. 194–204, 297, 298, 305, 306; [8], с. 218–235; [16]) та (анти)феромагнетик–парамагнетик ([2], с. 251–261; [5], с. 170–173, 176; [9], с. 56–61, 167–178 283–286; [16]).

    Завдання для самостійної роботи

    1. Вивчення матеріалу лекції.

    Статистично-термодинамічна теорія фазових переходів мартенсит–аустеніт ([5], с. 346–355; [6], с. 154–156; [16]; [21], с. 136–141) й перетворень в умовах опромінення твердих розчинів ([6], с. 131–136; [16]; [19а], с. 176–178; [19б], с. 71–74; [21], с. 237–240).

    Завдання для самостійної роботи

    1. Вивчення матеріалу лекції.

    Рекомендована література [2], с. 235–243; [4], с. 113, 114; [5], с. 99–102, 122–129, 182–191; [7], с. 28–31, 199–201, 309–311; [8], с. 214–218; [9], с. 18, 20, 24, 25, 31, 32, 62–76, 81–85, 162, 163, 264–270; [10], с. 354–360; [16]; [18], с. 67, 80–83, 87–89, 93, 94; [21], с. 136–141, 237–240.

    Основна:

    1. В.К. Семенченко, Избранные главы теоретической физики (Москва: Просвещение: 1966).

    2. А.А. Смирнов, Молекулярно-кинетическая теория металлов (Москва: Наука: 1966).

    3. Дж. Кристиан, Теория превращений в металлах и сплавах (Москва: Мир: 1978).

    4. Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц, Статистическая физика, ч. 1 (т. V) (Москва: Наука: 1976).

    5. А.Г. Хачатурян, Теория фазовых превращений и структура твердых растворов (Москва: Наука: 1974).

    6. В.Н. Бугаев, В.А. Татаренко, Взаимодействие и распределение атомов в сплавах внедрения на основе плотноупакованных металлов (Киев: Наукова думка: 1989).

    7. А.А. Кацнельсон, А.И. Олемской, Микроскопическая теория неоднородных структур (Москва: Изд-во МГУ: 1987).

    8. Л. Жирифалько, Статистическая физика твердого тела (Москва: Мир: 1975).

    9. Р. Браут, Фазовые переходы (Москва: Мир: 1967).

    10. Е.М. Лифшиц, Л.П. Питаевский, Статистическая физика, ч. 2 (т. IX) (Москва: Наука: 1978).

    11. Е.М. Лифшиц, Л.П. Питаевский, Физическая кинетика (т. X) (Москва: Наука: 1979).

    12. Ю.Л. Климонтович, Статистическая физика (Москва: Наука: 1982).

      Додаткова:

    13. http://www.ndt-ed.org/EducationResources/CommunityCollege/Materials/Introduction/classifications.htm

    14. Encyclopedia of Materials: Science and Technology (Eds. K.H.J. Buschow, R.W. Cahn, M.C. Flemings, B. Ilschner, E.J. Kramer, and S. Mahajan) (Oxford–Amsterdam: Pergamon: 2001).

    15. CRC Materials Science and Engineering Handbook: 3rd Edition (Eds. J.F. Shackelford and W. Alexander) (Boca Raton, Florida–London: CRC Press: 2001).

    16. Физика твердого тела: Энциклопедический словарь, тт. 1, 2 (Ред. В.Г. Барьяхтар и др.) (Киев: Наукова думка: 1996, 1998).

    17. Л.А. Булавін, Д.А. Гаврюшенко, В.М. Сисоєв, Критичні явища в неоднорідних системах (Київ: Видавничий центр «Київський університет»: 1999).

    18. М. Гиттерман, В.(Х.) Хэлперн, Фазовые превращения. Краткое изложение и современные приложения (Москва–Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», Институт компьютерных исследований: 2006).

    19. Физическое металловедение: В 3-х т. (Ред. Р.У. Кан, П. Хаазен). Т. 2 (Москва: Металлургия: 1987) (а); Физическое металловедение: В 3-х т. (Ред. Р.У. Кан, П. Хаазен). Т. 3 (Москва: Металлургия: 1987) (б); Физическое металловедение: В 3-х т. (Ред. Р.У. Кан, П. Хаазен). Т. 1 (Москва: Металлургия: 1987) (в).

    20. В.К. Воронов, А.В. Подоплелов, Современная физика (Москва: КомКнига: 2005).

    21. В.А. Лободюк, Э.И. Эстрин, Мартенситные превращения (Москва: ФИЗМАТЛИТ: 2009).

    Контрольні запитання до теми 3

    1. Статистично-термодинамічні моделі твердого розчину, магнетика (за Ізінґом, Гайзенберґом).

    2. Статистично-термодинамічні наближення: (середнього) самоузгодженого поля; Кірквудового високотемпературного розвинення; «кільцеве».

    3. Статистично-термодинамічні методи статичних флуктуаційних хвиль, колективних змінних, варіяції кластерів, Монте-Карло (комп’ютерного моделювання).

    4. Симетрійні критерії термодинамічної стійкості однорідної фази (за Ліфшицем, Хачатуряном).

    5. Утворення антифазних доменів.

    6. Статистично-термодинамічна теорія фазових переходів типу розпаду твердих розчинів.

    7. Статистично-термодинамічна теорія фазових переходів типу лад–безлад твердих розчинів.

    8. Статистично-термодинамічна теорія фазових переходів (анти)феромагнетик–парамагнетик.

    9. Статистично-термодинамічна теорія фазових переходів типу мартенсит–аустеніт твердих розчинів.

    10. Статистично-термодинамічна теорія фазових перетворень в умовах опромінення твердих розчинів.

    11. Методологічні принципи статистичної термодинаміки фазових перетворень у матеріялах.