Структура за темами

  • 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 2. ФЕНОМЕНОЛОГІЧНА ТЕРМОДИНАМІКА ФАЗОВИХ ПЕРЕТВОРЕНЬ

    Параметр порядку ([2], с. 186–189; [4], с. 489, 555; [5], с. 10–13; [9], с. 21–23; [10], с. 131–138, 190, 191; [16]; [18], с. 31, 89; [19б], с. 575; [19в], с. 546–548). Критичні точки ([1], с. 92, 99; [2], с. 180, 181; [4], с. 283–286, 316, 536–541; [16]; [18], с. 12, 18, 99). Флуктуації ([1], с. 305, 306; [3], с. 32; [5], с. 31–33; [7], с. 169–171; [9], с. 20, 21; [16]; [17]; [18], с. 18; [20], с. 184–186).

    Завдання для самостійної роботи

    1. Вивчення матеріалу лекції.

    2. Опрацювання матеріалу, що винесений на самостійне вивчення:

    Флуктуації ([1], с. 305, 306; [3], с. 32; [5], с. 31–33; [7], с. 169–171; [9], с. 20, 21; [16]; [17]; [18], с. 18, 89; [19б], с. 574–581; [20], с. 184–186).

    Концепція метастабільності ([3], с. 32, 33; [4], с. 82; [5], с. 31–33; [16]; [19а], с. 193, 194, 279; [20], с. 183). Стійкість однорідної фази ([5], с. 33–41).

    Завдання для самостійної роботи

    1. Вивчення матеріалу лекції.

    Феноменологічна теорія фазових переходів другого роду ([12], с. 524–526; [16]; [18], с. 18, 31–36, 37, 89; [19б], с. 574–581): лад–безлад у твердих розчинах ([2], с. 193–198; [3], с. 326–329; [4], с. 491–496; [5], с. 41–48; [7], с. 163–169; [19а], с. 281), феромагнетик–парамагнетик ([4], с. 436, 506, 520; [18], с. 18, 33, 34–36, 37). Критерії реалізації перетворень як переходів першого або другого роду (за Ландау, Ліфшицем, Інденбомом, Дзялошинським, Хачатуряном): кристалізація, розпад або лад–безлад у твердих розчинах, феромагнетик–парамагнетик ([4], с. 500–513; [5], с. 48–56; [10]; [16]; [18], с. 31–34; [20], с. 183, 184).

    Завдання для самостійної роботи

    1. Вивчення матеріалу лекції.

    2. Опрацювання матеріалу, що винесений на самостійне вивчення:

    Критерії реалізації перетворень як переходів першого або другого роду (за Інденбомом, Дзялошинським) ([4], с. 500–513; [5], с. 48–56; [10]; [16]; [18], с. 31–34; [19б], с. 574–581).

    Критичні індекси ([4], с. 523–531; [7], с. 170–173; [12], с. 535; [16]; [18], с. 36, 42–44). Гіпотеза масштабної інваріантності ([4], с. 531–536; [12], с. 535–541; [18], с. 37–42, 45–48, 50; [20], с. 186–192).

    Завдання для самостійної роботи

    1. Вивчення матеріалу лекції.

    Термодинаміка розпаду: зародкування й росту, спинодального розшарування ([3], с. 585–617, 636–659, 662–670; [4], с. 579–582; [5], с. 58–67, 80–84, 249–252; [7]; [16]; [19а], с. 183–186, 280, 281, 284–288, 384–386).

    Завдання для самостійної роботи

    1. Вивчення матеріалу лекції.

    2. Опрацювання матеріалу, що винесений на самостійне вивчення:

    Термодинаміка спинодального розшарування ([3], с. 585–617, 636–659, 662–670; [4], с. 579–582; [5], с. 58–67, 80–84, 249–252; [7]; [16]; [19а], с. 280, 281). Термодинаміка мартенситного перетворення ([21], с. 136–141).

    Рекомендована література [1], с. 305, 306; [3], с. 32, 585–617, 636–659, 662–670; [4], с. 500–513, 579–582; [5], с. 31–33, 48–56, 58–67, 80–84, 249–252; [7]; [9], с. 20, 21; [10]; [16]; [17]; [18], с. 18, 31–34; [19а], с. 280, 281; [19б], с. 574–581; [21], с. 136–141.

    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 2

    1. Поняття параметра порядку в феноменологічній термодинаміці фазових переходів.
    2. Критичні точки.
    3. Термодинамічні флуктуації.
    4. Термодинамічна концепція метастабільності.
    5. Термодинамічна нестабільність однорідної фази.
    6. Феноменологічна теорія фазових переходів 2-го роду лад–безлад твердих розчинів.
    7. Феноменологічна теорія фазових переходів 2-го роду феромагнетик–парамагнетик.
    8. Критерії реалізації перетворень як переходів першого і другого роду (за Ландау, Ліфшицем, Інденбомом, Дзялошинським, Хачатуряном): кристалізація, розпад або лад–безлад у твердих розчинах, феромагнетик–парамагнетик.
    9. Критичні індекси.
    10. Гіпотеза масштабної інваріянтности.
    11. Термодинаміка розпаду за механізмом зародкування й росту.
    12. Термодинаміка спинодального розшарування.
    13. Конформаційний аналіз: енергетичні бар’єри та відносна стабільність конформерів ациклічних сполук; конформації основних циклічних систем; конформаційні ефекти; вплив зовнішніх чинників на конформаційну рівновагу; зв’язок конформацій молекул із їхніми фізичними та хемічними властивостями; конформаційний аналіз полімерів.