Квазичастица
|
Фундаментальное понятие квантовой теории многих тел, введение которого радикально упрощает физическую картину и методы описания
широкого круга процессов в системах многих частиц с сильным взаимодействием, в том числе в конденсированных средах
(твёрдое тело, квантовая жидкость), плазме, ядре атомном.
Квазичастица - особый долгоживущий многочастичный комплекс, который, в отличие от обычных (структурных) частиц, составляющих систему,
слабо взаимодействует со своим окружением (или, по крайней мере, это взаимодействие сводится к самосогласованному полю).
Поэтому Квазичастица находится в определенном квантовом состоянии со своей волновой функцией, энергией, импульсом (в случае
кристалла - квазиимпулъсом), спином и т. д., двигаясь как целое подобно обычной частице (отсюда термин "квазичастица").
Будучи коллективным образованием, квазичастица имеет состав, непрерывно обновляющийся при её движении; лишь в предельных случаях
этот состав фиксирован как у связанного состояния типа молекулы.
|
|
Квантовомеханическая теория сложных атомов
|
Строение и свойства атомов, содержащих 2 и более электронов, значительно отличаются от теории водородоподобных атомов. Это
объясняется прежде всего тем, что возникает необходимость учёта взаимодействий электронов друг с другом: электростатическое
отталкивание и магнитное взаимодействия спиновых и орбитальных магнитных моментов электронов.
Электростатические взаимодействия электронов в атомах велики по сравнению с магнитными. Они значительно ослабляют прочность связи
электронов с ядром.
Теория многоэлектронного атома должна учитывать принципиальную неразличимость и тождественность ого электронов. Поэтому электронную
оболочку сложного атома рассматривают как единую систему. При строгом квантовомеханическом рассмотрении сложный атом
характеризуется волновой функцией, одинаково зависящей от координат всех электронов, антисимметричной относительно любой пары
электронов, то есть она должна менять знак при перестановке любых двух электронов.
В грубом приближении можно считать, что каждый электрон в атоме находится в своём квантовом состоянии, характеризуемом четырьмя
квантовыми числами, а состояние атома сводится к определенному сочетанию индивидуальных состояний отдельных электронов.
Тогда требование антисимметрии волновой ф-ции атома может быть сведено к простейшей формулировке одного из основных принципов для
квантовой системы тождественных частиц - принципа Паули: в сложном атоме в каждом из возможных квантовых состояний может находиться
не более одного электрона, т. е. состояния электронов в атоме должны отличаться хотя бы одним из 4 квантовых чисел.
Характеристика состояний отдельных электронов в сложном атоме при помощи набора квантовых чисел позволяет систематизировать уровни
энергии такого атома.
|
|
Кинематика
|
Раздел механики, в котором изучаются геометрические свойства движения тел без учёта их массы и действующих на них сил.
Исходными в кинематике являются понятия пространства и времени.
|
|
Кинетика
|
Раздел механики, в котором изучаются движение и равновесие механических систем под действием сил.
Подразделяется на динамику и статику.
|
|
Кипение
|
Процесс парообразования в жидкости, включающий рождение пузырьков пара, их рост, движение и взаимодействие; частный случай
неравновесного фазового перехода 1-го рода.
Кипение вызывается перегревом жидкости, состояние которой попадает в область выше линии равновесия, или понижением давления ниже
его значения на линии равновесия жидкость - пар. На диаграмме состояния процесс кипение описывается некоторой траекторией или
точкой внутри области метастабильного (перегретого) состояния, ограниченной с одной стороны бинодалью, с другой - спинодалью,
границей термодинамического устойчивости жидкости. При отрицатательном давлении, соответствующем растяжению жидкости,
наблюдается кавитация - явление, родственное кипению.
|
|
Колебания
|
Движения или состояния, обладающие той или иной степенью повторяемости во времени.
Колебания свойственны всем явлениям природы: пульсирует излучение звёзд, внутри которых происходят циклические ядерные реакции.
С высокой степенью периодичности вращаются планеты Солнечной системы (а всякое вращение можно представить себе как два
одновременных колебания во взаимно перпендикулярных направлениях).
Движение Луны вызывает приливы и отливы на Земле; в земной ионосфере и атмосфере циркулируют потоки заряженных и нейтральных
частиц; ветры возбуждают колебания и волны на поверхностях водоёмов и т. д.
Внутри любого живого организма - от одиночной клетки до высокоорганизованных их популяций - непрерывно происходят разнообразные,
ритмично повторяющиеся процессы (биение сердца, колебания психических состояний и др.).
В виде сложнейшей совокупности колебаний частиц и полей (электронов, фотонов, протонов и др.) можно представить "устройство"
микромира.
|
|
Колебания идеального кристалла
|
Частицы, составляющие кристалл (атомы, ионы или молекулы), под действием внешних сил или
в результате теплового движения могут смещаться относительно своих положений равновесия - узлов кристаллической решётки.
Наличие межатомного взаимодействия делает невозможными независимые смещения отдельных атомов, и их коллективное движение
приобретает характер колебательного процесса, распространяющегося в виде волн по кристаллу.
Если смещения атомов малы, то силы межатомного взаимодействия оказываются пропорциональными смещениям и моделью колеблющегося
кристалла может служить система частиц, связанных упругими пружинками. Предположение об упругом характере сил, удерживающих
атомы в положении равновесия, называется гармоническим приближением.
|
|
Конденсированное состояние вещества
|
Понятие, объединяющее твёрдые тела и жидкости в противопоставлении их газу.
Атомные частицы (атомы, молекулы, ионы) в конденсированном теле связаны между собой. Средние энергии теплового движения частиц
не хватает на самопроизвольный разрыв связи, поэтому конденсированное тело сохраняет свой объём. Мерой связи атомных частиц
служит теплота испарения (в жидкости) и теплота возгонки (в твёрдом теле).
|
|
Коэффициенты Ламе
|
Величины
,
,
.
где q1 , q2 , q1 –
координаты ортогональной криволинейной системы координат.
Элемент длины дуги, элемент пложади поверхности и элемент объема выражаются в криволинейных координатах формулами
|
Пусть M(q1, q2, q3) и
M1(q1+Δq1, q2, q3)
– две точки, лежащие на одной координатной q1-линии.
Тогда предел отношения длины дуги M M1 к приращению координаты
q1 при Δ q1 → 0 равен коэффициенту
Ламе h1.
Аналогично определяются другие коэффициенту Ламе.
|
|
Криволинейные координаты
|
Тройка чисел q1 , q2 , q3 ,
поставленных в соответствие каждой точке M трехмерного пространства.
Координатной линией называется линия, вдоль которой изменяется только одна координата.
Единичные касательные векторы e1 , e2 ,
e3 к координатным линиям называются координатными ортами.
Если координатные орты попарно ортогональны в любой точке пространства, то система криволинейных координат называются
ортогональной.
Координатной поверхностью называются множество точек, для которых одна из координат постоянна.
|
В цилиндрической системе координат
q1 = r ,
q2 = φ , q3 = z ,
где r – расстояние от точки до оси 0z ; φ –
угол, образованный проекцией радиус-вектора точки на плоскость 0xy с положительным направлением оси 0x .
|
|
Криволинейный интеграл первого рода
|
Интеграл от скалярной функции f по дуге линии L :
Если кривая L задана в параметрической форме, то криволинейный интеграл
может быть представлен в виде следующего определенного интеграла:
|
Если функция f описывает линейную плотность распределения массы вдоль
линии L, то интегрирование этой функции по дуге L дает
массу дуги.
|
|
Криволинейный интеграл второго рода
|
Интеграл по линии L от проекции векторной функции
A на направление касательной к L :
|
Криволинейный интеграл от F по линии L
работе силы F по перемещению частицы вдоль линии
L.
|
|
Кристаллофизика
|
Область кристаллографии, изучающая связь физических свойств кристаллов и других анизотропных материалов (жидких кристаллов,
поликристаллических агрегатов) с их симметрией, атомной и реальной структурой и условиями получения, а также изменения свойств
под влиянием внешних воздействий.
Ккристаллофизика использует симметрию кристаллов как метод изучения закономерностей изменения свойств объектов, общие
закономерности, установленные физикой твёрдого тела и связывающие атомное строение и электронную структуру со свойствами
кристаллов.
При изучении многих макроскопических свойств кристаллических и других материалов их можно рассматривать как сплошные однородные
среды, характеризуемые своей точечной или предельной группой симметрии. В то же время многие свойства кристаллов определяются их
кристаллической структурой (например, оптич. спектры) или даже симметрией локального окружения исследуемого фрагмента структуры
(данные радиоспектроскопических методов).
Для количественного описания анизотропных физических свойств кристаллов в кристаллофизике используется аппарат тензорного и
матричного исчислений. Различают два типа тензоров - материальные и полевые.
Полевые тензоры характеризуют поля внешних воздействий (температуры, электрического поля, механических напряжений и т. д.) и не
связаны с симметрией исследуемой среды.
С помощью материальных тензоров описывают свойства анизотропной среды.
|
|