Sylabus
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.
Anotace
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.