Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Спец разделы ПОЛНЫЙ КУРС..doc
Скачиваний:
29
Добавлен:
13.09.2019
Размер:
6.27 Mб
Скачать

147

Специальные разделы оптического материаловедения

Профессор С.В. Немилов

5 курс, кафедра ОТ и М

Группа 5351

Вводные замечания

Специальные разделы оптического материаловедения могут включать самые разные вопросы материаловедения: теорию оптических констант, спектроскопию оптических материалов, методы структурных исследований (теория и практика рассеяния рентгеновских лучей) и многие другие. Автор этого пособия всю жизнь занимался проблемами термодинамики стеклообразного состояния, проблемами стеклования, релаксационными свойствами (включая релаксацию структуры, сдвиговую релаксацию и ионную электропроводность).

Случилось так, что сегодня этот комплекс проблем вновь привлек внимание учёных. За последние 3 года было проведено три (!) международных симпозиума по термодинамике стекла, в частности, по природе энтропии стекла как неравновесной системы. Проблема стеклования также является предметом обсуждения учёных на международных встречах. В частности, летняя школа по физике 2012 г. во Франции проводила своё мероприятие под эгидой высказывания Нобелевского лауреата Ф.В. Андерсона, опубликованного в Nature: «Самой глубокой и наиболее интересной неразрешенной проблемой в теории твердого тела является, вероятно, теория стекла и стеклования».

В предлагаемом курсе я ставил целью наиболее полно и в то же время наиболее просто изложить проблему стеклования в рамках неравновесной термодинамики. Этот подход возник ещё в 50-х одах прошлого века, в работах Нобелевского лауреата И.Пригожина, Девиса и Джонса, Майкснера и др. К сожалению, сегодня эти работы забыты и не цитируются; многое публикуется как бы «заново», иногда с искажениями и без ссылок.

В первой главе я знакомлю студентов с некоторые основными принципами термодинамики. Без глубокого знания основ классической термодинамики невозможно привести читателя к пониманию неравновесной термодинамики и явления стеклования. Далее излагается теория и основные экспериментальные закономерности релаксационных процессов. Все разделы курса теснейшим образом связываются со структурой стекла на атомно-молекулярном уровне.

Мне хотелось дать студентам 5 курса правильное представление о развитии упомянутых выше проблем и их физическом существе. После этого, при желании, студент может войти глубже в понимание этих вопросов и присоединиться к числу ученых, предлагающих неиспытанные пути их решений. Во всяком случае, успешное прохождение этого курса, несомненно, сделает работу студента-материаловеда, когда он решает конкретные задачи, более плодотворной и осмысленной.

  1. Термодинамика фазовых равновесий

1.1 Общие сведения о термодинамике

    1. 1 Предмет термодинамики1

Термодинамика – раздел теоретической физики, который рассматривает законы природы в рамках энергии и связанных с энергией понятий. Для нас этот раздел важен, поскольку любой материал, производимый человеком, подчиняется общим законам природы. Для того чтобы знать, что можно и что нельзя создать руками, в какой степени можно изменить то, что уже имеется, и как наиболее экономно встроить эти сведения в арсенал наших знаний, в курсе материаловедения рассматривается термодинамика в наиболее практичном для материаловеда аспекте.

Термодинамика – научная дисциплина, которая изучает:

  • переходы энергии из одной формы в другую, от одной части системы к другой,

  • энергетические эффекты, сопровождающие различные физические или химические процессы, зависимость их от условий протекания,

  • возможность, направление и пределы самопроизвольного (то есть без затраты работы извне) течения процессов.

История термодинамики восходит к глубокой древности, как только человек стал интересоваться «силой огня» и применять механические машины. Как наука она возникла в начале 19 века в связи с развитием производств, тепловых машин и обработкой материалов. Особенно сильное развитие получила термодинамика, описывающая химические процессы (в конце 19 и в 20 веках). Термодинамика по существу управляет большинством природных процессов, хотя и не все разделы этой науки, относящиеся к природным явлениям (особенно – к жизни) разработаны с той же полнотой, как относящиеся к «неживым» объектам.

Термодинамика – строгая наука, основанная на математическом описании. Законы термодинамики столь же строги, как принципы в математике. Во многих случаях они имеют гораздо более широкий смысл, чем те элементарные пояснения, которые им можно дать в рамках существующего формализма.

Из-за специфики курса наше рассмотрение термодинамики будет далее несколько утилитарным и сокращенным.