Теорія фазових переходів
Структура за темами
-
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.
-
Релаксація порядку в околі фазового переходу другого роду ([4], §§ 143, 146; [7], с. 173, 174; [11], с. 516–519; [12], с. 526–529; [16]; [18], с. 49, 50). Дифузійна кінетика релаксації (впорядкування–розупорядкування, спинодального розшарування) ([5], с. 71–79, 360, 366–368; [7], с. 123–131, 308; [12], с. 532–535; [19а], с. 350–363).
Завдання для самостійної роботи
1. Вивчення матеріалу лекції.
2. Опрацювання матеріалу, що винесений на самостійне вивчення:
Дифузійна кінетика спинодального розшарування ([5], с. 71–79, 360, 366–368; [7], с. 123–131, 308; [12], с. 532–535; [19а], с. 350–363).
Особливості кінетики утворення нової фази при фазових переходах першого роду (розпаду): зародкування ([3], с. 48–55, 617–624, 670–726, 728–758; [4], § 162; [7], с. 119–125, 135–146; [11], с. 503–509; [16]; [19а], с. 299–310, 317–330).
Завдання для самостійної роботи
1. Вивчення матеріалу лекції.
Особливості кінетики утворення нової фази при фазових переходах першого роду (розпаду): коалесценція ([3], с. 48–55, 617–624, 670–726, 728–758; [7], с. 119–125, 135–146; [11], с. 509–516; [16]; [19а], с. 330–337, 343–345). Закономірності кінетики мартенситних перетворень ([21], с. 141–164, 326–335, 338–349).
Завдання для самостійної роботи
1. Вивчення матеріалу лекції.
2. Опрацювання матеріалу, що винесений на самостійне вивчення:
Кінетика утворення нової фази при фазових переходах першого роду на стадії коалесценції ([3], с. 48–55, 617–624, 670–726, 728–758; [7], с. 119–125, 135–146; [11], с. 509–516; [16]; [19а], с. 330–337, 343–345). Закономірності кінетики мартенситних перетворень ([21], с. 141–164, 326–335, 338–349).
Динаміка критичних флуктуацій ([7], с. 173–179, 186–188; [11], с. 519–521; [18], с. 49, 50). Нерівноважні фазові переходи; загальні особливості фізичної кінетики утворення дисипативних структур. ([12], с. 330–333, 541, 553; [20], с. 65–71, 98–101).
Завдання для самостійної роботи
1. Вивчення матеріалу лекції.
2. Опрацювання матеріалу, що винесений на самостійне вивчення:
Динамічні флуктуації параметра порядку у критичній області ([7], с. 173–179, 186–188; [11], с. 519–521; [18], с. 49, 50). Фазове перетворення як катастрофа ([18, 20]).
Рекомендована література [3], с. 48–55, 617–624, 670–726, 728–758; [5], с. 71–79, 360, 366–368; [7], с. 119–131, 135–146, 173–179, 186–188, 308; [11], с. 509–516, 519–521; [12], с. 532–535; [16]; [18], с. 49, 50; [19а], с. 330–337, 343–345, 350–363; [21], с. 141–164, 326–335, 338–349.
Основна:
В.К. Семенченко, Избранные главы теоретической физики (Москва: Просвещение: 1966).
А.А. Смирнов, Молекулярно-кинетическая теория металлов (Москва: Наука: 1966).
Дж. Кристиан, Теория превращений в металлах и сплавах (Москва: Мир: 1978).
Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц, Статистическая физика, ч. 1 (т. V) (Москва: Наука: 1976).
А.Г. Хачатурян, Теория фазовых превращений и структура твердых растворов (Москва: Наука: 1974).
В.Н. Бугаев, В.А. Татаренко, Взаимодействие и распределение атомов в сплавах внедрения на основе плотноупакованных металлов (Киев: Наукова думка: 1989).
А.А. Кацнельсон, А.И. Олемской, Микроскопическая теория неоднородных структур (Москва: Изд-во МГУ: 1987).
Л. Жирифалько, Статистическая физика твердого тела (Москва: Мир: 1975).
Р. Браут, Фазовые переходы (Москва: Мир: 1967).
Е.М. Лифшиц, Л.П. Питаевский, Статистическая физика, ч. 2 (т. IX) (Москва: Наука: 1978).
Е.М. Лифшиц, Л.П. Питаевский, Физическая кинетика (т. X) (Москва: Наука: 1979).
Ю.Л. Климонтович, Статистическая физика (Москва: Наука: 1982).
Додаткова:
http://www.ndt-ed.org/EducationResources/CommunityCollege/Materials/Introduction/classifications.htm
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).
CRC Materials Science and Engineering Handbook: 3rd Edition (Eds. J.F. Shackelford and W. Alexander) (Boca Raton, Florida–London: CRC Press: 2001).
Физика твердого тела: Энциклопедический словарь, тт. 1, 2 (Ред. В.Г. Барьяхтар и др.) (Киев: Наукова думка: 1996, 1998).
Л.А. Булавін, Д.А. Гаврюшенко, В.М. Сисоєв, Критичні явища в неоднорідних системах (Київ: Видавничий центр «Київський університет»: 1999).
М. Гиттерман, В.(Х.) Хэлперн, Фазовые превращения. Краткое изложение и современные приложения (Москва–Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», Институт компьютерных исследований: 2006).
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).
В.К. Воронов, А.В. Подоплелов, Современная физика (Москва: КомКнига: 2005).
В.А. Лободюк, Э.И. Эстрин, Мартенситные превращения (Москва: ФИЗМАТЛИТ: 2009).
Контрольні запитання до теми 4
Релаксація порядку в околі фазового переходу другого роду.
Дифузійна кінетика релаксації при впорядкуванні (розупорядкуванні).
Дифузійна кінетика релаксації при спинодальному розшаруванні.
Особливості кінетики утворення нової фази при фазових переходах першого роду (типу розпаду): стадія зародкування.
Особливості кінетики утворення нової фази при фазових переходах першого роду (типу розпаду): стадія коалесценції.
Динаміка критичних флуктуацій.
Нерівноважні фазові переходи.
Основні поняття й загальні особливості фізичної кінетики утворення дисипативних структур.
Фазове перетворення як катастрофа.