PředmětyPředměty(verze: 849)
Předmět, akademický rok 2019/2020
   Přihlásit přes CAS
Fyzika kondenzovaného stavu - NUFY104
Anglický název: Condensed Matter Physics
Zajišťuje: Katedra didaktiky fyziky (32-KDF)
Fakulta: Matematicko-fyzikální fakulta
Platnost: od 2015
Semestr: zimní
E-Kredity: 4
Rozsah, examinace: zimní s.:3/0 Zk [hodiny/týden]
Počet míst: neomezen
Minimální obsazenost: neomezen
Stav předmětu: vyučován
Jazyk výuky: čeština
Způsob výuky: prezenční
Garant: doc. RNDr. Zdeněk Drozd, Ph.D.
Anotace -
Poslední úprava: T_KDF (12.05.2015)
Přednáška je postavena jako první kurz fyziky kondenzovaných látek pro budoucí učitele fyziky. Důraz je kladen na krystalické látky, přičemž se vychází od krystalové struktury k modelu reciproké mříže a Brillouinových zón. Rozebírají se modely kmitů krystalové mříže, pozornost je věnována teorii kovů a polovodičů. V dalších částech přednášky jsou probírány základní aspekty fyziky pevných látek (resp. kondenzovaných látek). Rozebírány jsou elektrické a magnetické vlastnosti pevných látek, supravodivost a další zajímavé jevy z této oblasti fyziky.
Podmínky zakončení předmětu
Poslední úprava: RNDr. Jitka Houfková, Ph.D. (13.10.2017)

Zkouška probíhá ústní formou. Kromě řádného termínu jsou možné dva termíny opravné.

Literatura -
Poslední úprava: doc. RNDr. Zdeněk Drozd, Ph.D. (10.10.2017)

Kittel Ch.: Úvod do fyziky pevných látek. Academia, Praha 1985.�

Kratochvíl P., Valvoda V.: Úvod do fyziky pevných látek. UK Praha 1982 (skripta MFF).

Valvoda V., Polcarová M., Lukáč P.: Základy strukturní analýzy. Karolinum, Praha 1992.

Kraus I., Fiala J.: Elementární fyzika pevných látek. ČVUT, Praha 2017.

Ptáček L. a kol.: Nauka o materiálu I. Akademické nakladatelství CERM, Brno 2003 (druhé opravené a rozšířené vydání).

Ptáček L. a kol.: Nauka o materiálu II. Akademické nakladatelství CERM, Brno 2002 (druhé opravené a rozšířené vydání).

Frei V.: Fyzika pevných látek. SPN, Praha 1978 (středoškolská úroveň).

Valvoda V.: Krystalografie - Atomová struktura látek a její určování. Matfyzpress, Praha 2005 (spíše středoškolská úroveň).

Kittel Ch.: Introduction to Solid State Physics. Eight Edition, Willey International Edition 2005

Meyers H.P.: Introductory Solid State Physics (Second Edition). CRC Press, London 2002.

Blakemore J.S.: Solid State Physics (Second Edition). Cambridge University Press 1985.

Jones R. A. L.: Soft Condensed Matter. Oxford Master Series in Physics, Oxford University Press 2002.

Vobecký J., Záhlava V.: Elektronika – součástky a obvody, principy a příklady. Grada, Praha 2001.

Raab M.: Materiály a člověk. Encyklopedický dům s.r.o., Praha 1999.

Miodownik M.: Neobyčejné materiály. Dokořán & Argo, Praha 2016.

Požadavky ke zkoušce
Poslední úprava: doc. RNDr. Zdeněk Drozd, Ph.D. (10.10.2017)

Zkouška probíhá ústní formou. Požadavky ke zkoušce vychází ze sylabu přednášky. Pokud nebude v průběhu semestru odpřednášeno vše, co je uvedeno v sylabu, budou na poslední přednášce upřesněny požadavky ke zkoušce (neodpřednášená látka nebude zkoušena).

Kromě řádného termínu jsou možné dva termíny opravné.

Sylabus -
Poslední úprava: doc. RNDr. Zdeněk Drozd, Ph.D. (10.10.2017)

1. Základní charakteristiky kondenzovaných látek (KL)

  • síly, energie a časové škály v KL, plyny kapaliny a pevné látky (mezimolekulární síly, přehled vazeb, kapalnění a tuhnutí, fázový diagram), viskózní, elastické a viskoelastické chování látek, odezva KL na smykové napětí (Hookovské látky, Newtonowské kapaliny, základní představy o mechanismu odezvy na mikroskopické úrovni), kapaliny, skla a kovová skla (druhy skel, relaxační doba a viskozita, podchlazená kapalina, skelný přechod), amorfní látky, polymery (vazby v polymerech, termoplasty, reaktoplasty a elastoplasty), struktura pevných látek, krystalické látky a jejich struktura.

2. Struktura kondenzovaných látek

  • látky krystalické a amorfní, monokrystaly a polykrystaly, krystalové struktury, symetrie ideálních krystalů, krystalografické prvky symetrie a bodové grupy, prostorové mříže, Bravaisovy mřížky, značení směrů a rovin (Millerovy indexy), reciproká mříž, koordinační čísla, nejtěsnější uspořádání, tuhé roztoky, kapalné krystaly, kvazikrystaly, krystalické polymery a vlákna, kapalné krystaly, slitiny (binární fázové diagramy).

3. Vazby v krystalu

  • Van der Waalsova vazba, iontové krystaly (Madelungova konstanta, Madelungova energie a metody jejího výpočtu – Evjenova metoda), kovalentní vazba, kovová vazba, vodíková vazba, hydrofobní interakce, halogenová vazba, smíšené vazby.

4. Difrakce rentgenového záření a elektronů na krystalech

  • Laueho a Braggova teorie interakce rentgenového záření s krystalem, experimentální rentgenové metody, reciproká mříž a difrakční podmínky, Ewaldova konstrukce, strukturní faktor, atomový rozptylový faktor, difrakce elektronů, difrakce na polykrystalech.

5. Poruchy krystalových struktur

  • bodové poruchy (vakance, intersticiály, příměsové atomy, dislokace, napěťové pole dislokace, dvojčatění, vrstevné chyby a neúplné dislokace, hranice zrn a subzrn, maloúhlové hranice, vysokoúhlové hranice, rovnovážná koncentrace bodových poruch, napěťová pole dislokací.

6. Deformace krystalických látek

  • deformace a napětí, elastická deformace (jednoosý tah a tlak, elastická deformace ve smyku, maximální smykové napětí ve vzorku), Schmidův zákon, Schmidův orientační faktor, Hookův zákon a jeho zobecněný tvar (tenzor napětí, tenzor deformace), elastické konstanty a moduly, šíření elastických vln v krystalu, plastická deformace monokrystalů, plastická deformace polykrystalů, mechanizmy plastické deformace.

7. Tepelná kapacita krystalických látek

  • klasická teorie a její selhání (Dulongovo-Pettitovo pravidlo), Einsteinova teorie tepelné kapacity mřížky, kmitové stavy spojitého prostředí, Debyeova teorie tepelné kapacity mřížky, příspěvek elektronů k tepelné kapacitě pevné látky.

8. Kmity mříže

  • Bornův způsob ohraničení frekvenčního spektra, pružné vlny v nekonečném lineárním řetězci stejných atomů, kmity konečného lineárního řetězce stejných atomů, ekvivalence kmitového stavu a harmonického oscilátoru, fonony.

9. Elektrony v krystalických látkách

  • valenční elektrony v PL, Fermiho plyn volných elektronů, vliv vnějších polí, elektron

v periodickém poli, elektron jako částice v krystalu, elektron jako vlna v krystalu.

10. Pásová teorie pevných látek

  • energetická pásová struktura pevných látek (pásová struktura izolantů, kovů a polovodičů), Blochova věta, Kronigův-Penneyův model, Brillouinovy zóny, pohyb elektronů v jednorozměrném prostoru podle pásové teorie, efektivní hmotnost.

11. Aplikace fyziky polovodičů

  • polovodič vlastní a nevlastní, P-N přechod, polovodičová dioda, LED, bipolární tranzistor, unipolární tranzistory (JFET, MESFET, MOSFET)

12. Základy supravodivosti

  • objev supravodivosti, perzistentní stav, Meissnerův jev, izotopický jev, supravodiče I. a II. druhu, Cooperovy páry, vysokoteplotní supravodivost.

13. Tepelné, elektrické a magnetické vlastnosti krystalických látek

  • tepelná kapacita, teplotní roztažnost, tepelná vodivost, teplotní závislost elektrického odporu, Hallův jev, diamagnetismus, paramagnetismus, feromagnetismus.

14. Základy termodynamiky pevných látek

  • fáze, fázová rovnováha, směsné fáze, fázové diagramy (jednosložkové, dvousložkové, třísložkové) základní binární rovnovážné stavové diagramy slitin, fázové transformace, tuhnutí a čistění materiálů.

 
Univerzita Karlova | Informační systém UK