Предисловие ..................................................... 9
Введение ....................................................... 11
Глава 1. Структура вещества ................................... 16
1.1 Атом ...................................................... 17
1.1.1 Общая характеристика строения атома ................ 17
1.1.2 Энергия атома и ее квантование ..................... 19
1.1.3 Квантовые состояния атома водорода ................. 21
1.1.4 Электронные оболочки и электронные конфигурации
сложных атомов ..................................... 23
1.1.5 Атомные спектры .................................... 26
1.1.6 Химические и физические свойства атома ............. 28
1.2 Молекула .................................................. 30
1.2.1 Химическая связь ................................... 30
1.2.2 Энергия связи атомов ............................... 33
1.2.3 Классификация связей ............................... 35
1.2.4 Структура молекул .................................. 42
1.2.5 Внутренняя энергия молекулы ........................ 45
1.2.6 Молекулярные спектры ............................... 48
1.2.7 Свойства молекул ................................... 50
1.3 Конденсированное тело ..................................... 52
1.3.1 Фазовое состояние вещества ......................... 52
1.3.2 Упорядоченность конденсированного состояния ........ 54
Глава 2. Жидкость ............................................. 58
2.1 Структура и свойства ...................................... 59
2.1.1 Ближний порядок .................................... 59
2.1.2 Движение частиц .................................... 61
2.1.3 Самодиффузия и текучесть ........................... 64
2.1.4 Кипение ............................................ 67
2.1.5 Механические свойства .............................. 70
2.2 Статистическая теория жидкостей ........................... 72
2.2.1 Классификация жидкостей ............................ 73
2.2.2 Функции распределения .............................. 74
2.3 Особые типы жидкостей ..................................... 77
2.3.1 Растворы и расплавы ................................ 78
2.3.2 Жидкие кристаллы ................................... 81
2.3.3 Квантовые жидкости ................................. 85
2.3.4 Дисперсные жидкие системы .......................... 86
Глава 3. Твердое тело ......................................... 91
3.1 Кристаллическая структура ................................. 92
3.1.1 Симметрия кристаллов ............................... 92
3.1.2 Кристаллическая решетка ............................ 96
3.1.3 Кристаллографические обозначения ................... 99
3.1.4 Обратная решетка .................................. 101
3.1.5 Геометрическая модель ............................. 102
3.1.6 Колебания кристаллической решетки ................. 106
3.1.7 Дефекты в кристаллах .............................. 110
3.1.8 Типы кристаллов ................................... 118
3.1.9 Домены ............................................ 123
3.2 Стеклообразное и аморфное состояния ...................... 126
3.2.1 Терминология и классификация ...................... 126
3.2.2 Стекла ............................................ 130
3.2.3 Аморфные металлы .................................. 133
3.2.4 Аморфные и стеклообразные полупроводники .......... 135
3.2.5 Аморфные магнетики ................................ 137
3.3 Квантовые представления в физике твердого тела ........... 138
3.3.1 Концепция квазичастиц ............................. 138
3.3.2 Типы квазичастиц .................................. 141
3.3.3 Взаимодействие и движение частиц в твердом теле ... 144
Глава 4. Полимеры ............................................ 148
4.1 Классификация ............................................ 149
4.2 Статистическая физика макромолекул ....................... 154
4.3 Молекулярно-массовое распределение ....................... 158
4.4 Надмолекулярная структура ................................ 159
4.5 Вязкотекучее, высокоэластическое и стеклообразное
состояния ................................................ 164
4.6 Реология полимеров ....................................... 168
4.6.1 Вязкоупругость .................................... 168
4.6.2 Релаксация ........................................ 173
4.6.3 Модели механической релаксации .................... 176
4.7 Ориентированное состояние полимеров ................. 178
Глава 5. Зонная теория твердых тел ........................... 182
5.1 Квантово-механические предпосылки зонной теории .......... 182
5.1.1 Корпускулярно-волновой дуализм .................... 182
5.1.2 Волновые функции и уравнение Шрёдингера ........... 184
5.2 Зоны Бриллюэна ........................................... 187
5.3 Поверхность и энергия Ферми .............................. 190
5.4 Энергетический спектр электронов в кристалле ............. 192
5.4.1 Одномерная модель электронных зон ................. 192
5.4.2 Заполнение зон электронами в идеальном
кристалле ......................................... 194
5.4.3 Эффективная масса электрона ....................... 197
5.4.4 Примесные уровни и поверхностные состояния ........ 200
5.5 Энергетический спектр некристаллических твердых тел ...... 204
5.5.1 Плотность состояний ................................ 204
5.5.2. Границы применимости зонной теории ................ 207
Глава 6. Термодинамика и фазовые переходы .................... 210
6.1. Основные понятия ......................................... 211
6.1.1. Термодинамическая система ......................... 211
6.1.2 Термодинамическое равновесие ...................... 212
6.1.3 Правило фаз Гиббса ................................ 213
6.1.4. Термодинамические потенциалы ...................... 215
6.1.5. Основные термодинамические законы ................. 219
6.2 Фазовые переходы ......................................... 221
6.2.1 Фазовый переход первого рода ...................... 221
6.2.2 Фазовый переход второго рода ...................... 222
6.2.3 Диаграмма состояния ............................... 224
6.3 Системы полимер-растворитель ............................. 228
6.3.1 Совместимость полимеров и растворителей ........... 228
6.3.2 Растворы полимеров ................................ 230
6.3.3 Равновесие фаз в системах полимер-растворитель .... 233
6.3.4 Студни полимеров .................................. 235
6.3.5 Гелеобразование ................................... 237
6.5.5. Пластификация ..................................... 238
6.4 Термодинамика полимерных сеток ........................... 241
6.4.1 Структура и свойства полимерных сеток ............. 242
6.4.2 Уравнение состояния полимерных сеток .............. 245
Глава 7. Явления переноса .................................... 250
7.1 Феноменологическая теория ................................ 250
7.2 Диффузия ................................................. 254
7.2.1 Терминология ...................................... 255
7.2.2 Диффузия в жидкостях .............................. 257
7.2.3 Диффузия в твердых телах .......................... 259
7.2.4 Значение диффузионных процессов ................... 263
7.3 Перенос зарядов и излучения .............................. 266
7.4 Теплообмен ............................................... 274
7.5 Вязкость ................................................. 280
7.5.1 Вязкость жидкостей ................................ 280
7.5.2 Внутреннее трение ................................. 283
Глава 8. Механические свойства твердых тел ................... 286
8.1 Основные термины ......................................... 287
8.2 Упругость ................................................ 291
8.3 Пластичность ............................................. 296
8.4 Прочность ................................................ 300
8.4.1 Физическая природа прочности ...................... 300
8.4.2 Показатели прочности .............................. 303
8.4.3 Длительная прочность .............................. 307
8.4.4 Усталость ......................................... 310
8.5 Твердость ................................................ 313
8.6 Трибологические свойства ................................. 315
Глава 9. Электрические свойства конденсированных сред ........ 323
9.1 Электропроводность ....................................... 324
9.2 Поляризация .............................................. 326
9.2.1. Основные понятия .................................. 326
9.2.2. Механизмы поляризации ............................. 328
9.3 Проводники ............................................... 334
9.3.1 Металлы ........................................... 335
9.3.2 Электролиты ....................................... 339
9.4 Полупроводники ........................................... 345
9.4.1 Классификация ..................................... 345
9.4.2 Зонная структура .................................. 347
9.4.3 Собственная и примесная проводимость .............. 349
9.4.4 Контактные явления ................................ 355
9.5 Диэлектрики .............................................. 359
9.5.1 Механизмы проводимости ............................ 359
9.5.2 Поляризация диэлектрика в отсутствие внешнего
электрического поля ............................... 364
9.5.3 Электреты ......................................... 369
9.6 Гальваномагнитные явления ................................ 375
9.6.1 Эффект Холла ...................................... 376
9.6.2 Магниторезистивный эффект ......................... 377
9.7 Сверхпроводимость ........................................ 379
9.7.1 Эксперимент и модели .............................. 379
9.7.2 Эффект Джозефсона ................................. 383
Глава 10. Магнитные свойства конденсированных сред ............ 386
10.1 Терминология ............................................. 387
10.2 Магнетизм микрочастиц .................................... 389
10.3 Магнетики ................................................ 392
10.3.1 Диамагнетизм ...................................... 393
10.3.2 Парамагнетизм ..................................... 396
10.3.3 Ферромагнетизм .................................... 399
10.3.4 Антиферромагнетизм ................................ 405
10.3.5 Ферримагнетизм .................................... 410
10.4 Доменная структура магнетиков ............................ 414
10.5 Магнитная релаксация ..................................... 419
10.6 Магнитострикция .......................................... 422
10.7 Магнетизм в науке и технике .............................. 425
Глава 11. Взаимодействие излучения с конденсированными
средами ............................................. 430
11.1 Электромагнитное излучение ............................... 431
11.1.1 Распространение электромагнитных волн ............. 431
11.1.2 Диапазоны электромагнитного излучения ............. 439
11.2 Оптические свойства конденсированных тел ................. 446
11.2.1 Взаимодействие света с веществом .................. 446
11.2.2 Поглощение света .................................. 448
11.2.3 Рассеяние света ................................... 453
11.2.4 Фотоэффект ........................................ 459
11.2.5 Люминесценция ..................................... 464
11.2.6 Тормозное излучение ............................... 468
11.2.7 Излучение Черенкова-Вавилова ...................... 469
11.2.8 Эффект Комптона ................................... 471
11.2.9 Фотохимическое и механическое действие света ...... 473
11.3 Основы квантовой электроники ............................. 477
11.3.1 Спонтанное и вынужденное излучения ................ 477
11.3.2 Оптические квантовые генераторы ................... 479
11.3.3 Применение лазеров ................................ 482
11.4 СВЧ излучение ............................................ 486
11.4.1 Механизмы поглощения СВЧ излучения ................ 487
11.4.2 Материалы и экраны - поглотители СВЧ излучения .... 491
11.5 Радиоактивное излучение .................................. 493
11.5.1 Взаимодействие с веществом ........................ 494
11.5.2 Дозы .............................................. 498
11.5.3 Модифицирование материалов ........................ 500
11.6 Звук ..................................................... 505
11.6.1 Упругие волны ..................................... 505
11.6.2 Ультразвук ........................................ 508
11.6.3 Гиперзвук ......................................... 511
Глава 12. Поверхностные явления ............................... 515
12.1 Поверхность .............................................. 516
12.2 Адсорбция ................................................ 522
12.2.1 Статика адсорбции ................................. 524
12.2.2 Кинетика адсорбции ................................ 527
12.3 Смачивание и растекание .................................. 529
12.4 Капиллярные явления ...................................... 533
12.5 Испарение и конденсация .................................. 538
12.6 Адгезия .................................................. 542
12.7 Наноструктуры ............................................ 547
Глава 13. Методы изучения конденсированных сред ............... 556
13.1 Микроскопия .............................................. 557
13.1.1 Оптическая микроскопия ............................ 557
13.1.2 Электронная микроскопия ........................... 562
13.1.3 Другие методы микроскопии ......................... 568
13.2 Рентгеновские методы исследования ........................ 571
13.2.1 Рентгеновская микроскопия ......................... 571
13.2.2 Рентгеновская спектроскопия ....................... 574
13.2.3 Рентгеновский структурный анализ .................. 577
13.2.4 Рентгеновский фазовый анализ ...................... 582
13.3 Спектральный анализ ...................................... 582
13.3.1 Радиоспектроскопия, ЯМР, ЭПР ...................... 583
13.3.2 Субмиллиметровая спектроскопия .................... 589
13.3.3 Инфракрасная спектроскопия ........................ 592
13.3.4 Ультрафиолетовая спектроскопия .................... 595
13.3.5 Лазерная спектроскопия ............................ 597
13.3.6 Масс-спектрометрия ................................ 599
13.3.7 Мeссбауэровская спектроскопия ..................... 601
13.3.8 Электронография ................................... 604
13.3.9 Нейтронография .................................... 606
13.4 Поляризационный анализ ................................... 608
13.4.1 Поляризатор ....................................... 609
13.4.2 Поляризационные приборы ........................... 611
13.4.3 Поляризационно-оптический метод ................... 614
13.4.4 Поляриметрия ...................................... 616
13.5 Магнитометрия ............................................ 618
13.5.1 Индукционные магнитометры ......................... 618
13.5.2 Квантовые магнитометры ............................ 620
13.5.3 Магнитооптические и гальваномагнитные
магнитометры ...................................... 622
13.5.4 Магнитные эталоны ................................. 624
13.5.5 Наблюдение магнитной доменной структуры ........... 625
13.6 Специфические методы исследования полимеров .............. 627
13.6.1 Осмометрия ........................................ 629
13.6.2 Термолюминесценция ................................ 630
13.6.3 Вискозиметрия ..................................... 631
13.6.4 Двойное лучепреломление ........................... 633
13.6.5 Температуры стеклования и кристаллизации .......... 635
13.6.6 Степень кристалличности ........................... 638
13.6.7 Дилатометрия ...................................... 640
13.6.8 Термомеханические методы .......................... 642
Заключение .................................................... 645
Литература .................................................... 647
Предметный указатель .......................................... 649
|
