Sifat fizik keadaan pepejal, struktur, contoh

The Fizik Negeri Pepejal Ia adalah cabang fizik yang berkaitan dengan kajian perkara ketika berada dalam keadaan tenaga yang rendah, yang dipanggil keadaan pepejal, Melalui penggunaan teori fizikal seperti mekanik kuantum, fizik statistik, termodinamik, elektromagnetisme dan kristalografi.

Dalam keadaan pepejal, tenaga tarikan intermolecular kurang daripada tenaga terma, oleh itu molekul hampir tidak dapat bergetar di sekitar kedudukan tetap lebih kurang. Beberapa pepejal adalah amorf pada tahap molekul, sementara yang lain mempunyai struktur yang lebih teratur, seperti kristal.

Beberapa contoh bahan pepejal adalah pasir silika, kaca, grafit (arang batu mineral), garam biasa, gula halus, besi, tembaga, magnetit, kuarza dan banyak lagi.

[TOC]

Ciri -ciri keadaan pepejal

Bahan pepejal mempunyai ciri utama yang, dalam keadaan normal, iaitu, jika mereka tidak tertakluk kepada usaha luaran yang hebat, mereka mengekalkan jumlah dan bentuknya.

Ini berbeza dengan cecair yang, walaupun mereka dapat mengekalkan jumlah mereka, mengubah bentuknya dengan menyesuaikan diri dengan bekas yang mengandungi mereka. Sebaliknya lebih besar dengan gas, kerana ini dapat dimampatkan atau diperluas dengan mengubah jumlah dan bentuknya.

Walau bagaimanapun, pepejal boleh mengubah jumlah mereka apabila mereka tertakluk kepada perubahan suhu yang cukup luas untuk mempunyai kesan yang ketara, tetapi tanpa peralihan fasa berlaku ke keadaan lain.

Pepejal boleh menjadi amorf dalam struktur molekul dalamannya. Contohnya, kaca adalah bahan amorf, malah dianggap oleh banyak orang sebagai cecair yang melampaui batas. Walau bagaimanapun, kuarza dan berlian mempunyai struktur kristal, iaitu atom mereka mengikuti pengaturan berkala dan spasial secara berkala.

Sifat makroskopik dan mikroskopik

Fizik keadaan pepejal mengkaji hubungan antara sifat skala makroskopik (beribu -ribu atau berjuta -juta kali lebih tinggi pada skala atom) dan sifat pada skala molekul atau atom.

Ia boleh melayani anda: Kebolehtelapan Magnetik: Malar dan Jadual

Dalam pepejal, atom sangat dekat antara satu sama lain dan interaksi di antara mereka menentukan sifat mereka pada skala makro, seperti ciri -ciri mekanikal mereka: kekakuan dan kemuluran, dan juga sifat terma, magnetik, optik dan elektrik mereka.

Sebagai contoh, kekonduksian, kapasiti haba dan magnetisasi adalah sifat makroskopik pepejal yang bergantung secara langsung pada apa yang berlaku pada skala molekul atau atom.

Contoh yang jelas mengenai kepentingan fizik pepejal adalah semikonduktor. Memahami sifatnya di peringkat mikroskopik membolehkan peranti seperti transistor, diod, litar bersepadu dan lampu LED, hanya untuk menamakan beberapa aplikasi.

Struktur pepejal

Bergantung pada keadaan tekanan dan suhu, serta proses yang diikuti semasa pembentukannya, bahan pepejal memperoleh struktur mikroskopik tertentu.

Sebagai contoh, bahan -bahan yang berbeza seperti grafit dan berlian hanya terdiri daripada atom karbon. Tetapi sifatnya sama sekali berbeza, kerana walaupun terdiri daripada jenis atom yang sama, struktur mikroskopik mereka sangat berbeza.

Struktur mikroskopik berlian dan grafit

Pakar Metalurgi tahu bahawa, berdasarkan bahan yang sama, dengan rawatan terma yang berbeza, hasil yang sangat berbeza diperolehi dalam penjelasan kepingan, seperti pisau dan pedang. Rawatan yang berbeza membawa kepada struktur mikroskopik yang berbeza.

Bergantung pada pembentukannya, pepejal pada dasarnya dapat mempersembahkan tiga jenis struktur mikroskopik:

• Amorf, Sekiranya tidak ada keteraturan ruang dalam susunan atom dan molekul.
• Monocrystalline, Sekiranya atom diatur dalam susunan ruang, pengaturan atau sel yang diulangi selama -lamanya dalam tiga dimensi.
• Polyristaline, Terdiri daripada beberapa wilayah, tidak simetri antara satu sama lain, di mana setiap rantau mempunyai struktur monocystalline sendiri.

Boleh melayani anda: Haba yang disebut: formula, bagaimana mengira dan diselesaikan latihan

Model fizik pepejal dan sifatnya

Fizik bahagian pepejal prinsip asas untuk menjelaskan sifat -sifat bahan pepejal, seperti kekonduksian terma dan kekonduksian elektrik.

Contohnya, dengan menggunakan teori kinetik kepada elektron bebas logam, mereka diperlakukan seolah -olah mereka adalah gas.

Dan di bawah anggapan bahawa ion membentuk substrat tanpa bergerak, adalah mungkin untuk menjelaskan kedua -dua kekonduksian elektrik dan kekonduksian terma logam. Walaupun, dalam versi klasik model ini, kekonduksian terma elektron bebas lebih besar daripada apa yang diperolehi daripada pengukuran dalam bahan konduktif.

Kesulitan diselesaikan dengan memperkenalkan pembetulan kuantum ke model elektron bebas konduktor yang kukuh. Di samping itu, jika mereka sepatutnya mengikuti statistik Fermi-Dirac, maka ramalan teoritis lebih tepat dengan pengukuran eksperimen.

Walau bagaimanapun, model elektron bebas tidak dapat menjelaskan kekonduksian terma pepejal yang bukan logam.

Dalam kes ini, interaksi elektron dengan rangkaian kristal mesti diambil kira, yang dimodelkan oleh potensi berkala dalam persamaan Schrodinger. Model ini meramalkan band memandu bergantung kepada tenaga elektron dan menerangkan kekonduksian elektrik dalam pepejal semikonduktor, sejenis pepejal pertengahan antara penebat dan logam konduktif.

Contoh keadaan pepejal

Fizik keadaan pepejal telah berkembang ke titik yang telah membolehkan penemuan bahan baru seperti Nanomaterials pepejal Dengan sifat yang unik dan luar biasa.

Satu lagi contoh contoh dalam kemajuan fizik pepejal adalah pembangunan bahan dua dimensi atau monolayer, diikuti dengan pelbagai aplikasi seperti sel fotovoltaik dan perkembangan litar bersepadu semikonduktor.

Boleh melayani anda: Berat (fizikal): pengiraan, unit, contoh, latihan Graphene nanotubus

Contoh klasik dua bahan dimensi adalah Graphene, yang tidak lain adalah graf Cape tunggal dan yang diperoleh buat kali pertama pada tahun 2004.

Contoh lain dari pepejal dua dimensi adalah: phosphoreno, plumben, silicen dan germacene.

Superkonduktor suhu tinggi

Levitation magnet dengan menggunakan superkonduktor seramik suhu tinggi

Superconductivity ditemui pada tahun 1911 oleh Kamerlingh Onnes Belanda (1853-1926) apabila ia diserahkan kepada suhu yang sangat rendah (perintah 4 k) bahan konduktif seperti merkuri, timah dan plumbum.

Superconductivity mempunyai aplikasi teknologi yang penting, seperti kereta api magnet, selagi dapat diperoleh pada suhu tinggi (idealnya pada suhu bilik).

Fizik pepejal adalah dalam pencarian ini untuk superkonduktor, difahami oleh suhu tinggi di atas suhu nitrogen cecair (77 k), suhu yang agak mudah dan murah untuk mendapatkan. Sehingga kini, superkonduktor suhu tertinggi adalah pepejal seramik yang mencapai keadaan ini pada suhu 138 k atau -135ºC.

Pepejal berkorelasi kuat

Pepejal yang sangat berkorelasi adalah sebatian fermionik berat yang mempunyai ciri -ciri potensi teknologi yang luar biasa dan hebat. Sebagai contoh, mereka boleh dimanipulasi untuk bergerak dari penebat ke pemandu melalui medan magnet.

Perkembangan pepejal jenis ini juga membolehkan peranti penyimpanan magnet maklumat telah meningkatkan kapasiti mereka secara eksponen dalam beberapa dekad kebelakangan ini.

Tema minat

Contoh pepejal.

Rujukan

1. Martin, Joseph D. 2015. "Apa yang ada dalam perubahan nama? Fizik Negeri Pepejal, Fizik Bahan Pekat, dan Sains Bahan "(PDF). Fizik dalam Perspektif. 17 (1): 3-32.
2. Kittel, Charles. Sembilan-belas sembilan puluh lima. Pengenalan kepada Fizik Negeri Pepejal. Editorial reverte.
3. Ashcroft dan Mermin. 1976. Fizik Negeri Pepejal. Kolej Saunders.
4. Sheng s. Li. 2000. Semikonduktor elektronik fizikal. Springer-Verlag.
5. Wikipedia. Fizik Negeri Pepejal. Pulih dari: Adakah.Wikipedia.com