lập biểu thức xác định nhiệt dung của hệ mạng tinh thể lập phương

TRƯỜNG ĐẠI HỌC AN GIANG KHOA SƯ PHẠM BỘ MÔN VẬT LÝ LÊ GIANG BẮC LỚP DH5L KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC LẬP BIỂU THỨC XÁC ĐỊNH NHIỆT DUNG CỦA HỆ MẠNG TINH THỂ LẬP PHƯƠNG Giảng viên hướng dẫn: ThS VŨ TIẾN DŨNG Long Xuyên, tháng 05 năm 2008 LỜI CẢM ƠN Trước tiên, xin gửi lời cảm ơn đến Ban Giám Hiệu Trường Đại Học An Giang, khoa sư phạm tổ môn Vật Lý quan tâm tạo điều kiện thuận lợi cho tham gia nghiên cứu khoa học Đặc biệt, xin chân thành cảm ơn giảng viên hướng dẫn thầy Vũ Tiến Dũng tận tình hướng dẫn cung cấp nguồn tài liệu quý báu để hồn thành khố luận thời hạn Cuối cùng, xin cảm ơn tất bạn bè người thân động viên, giúp đỡ suốt thời gian thực đề tài Tôi hy vọng rằng, kết nghiên cứu khố luận khơng phụ lịng mong mỏi người giúp ích cho việc tự học, tự nghiên cứu bạn đọc i LỜI NĨI ĐẦU Trong cách mạng khoa học cơng nghệ nay, ngành vật lý chất rắn đóng vai trò đặc biệt quan trọng Vật lý chất rắn tạo vật liệu cho ngành kỹ thuật mũi nhọn điện tử, du hành vũ trụ, lượng nguyên tử,…Trong năm gần đây, xuất hàng loạt cơng trình siêu dẫn nhiệt độ cao, đặc biệt cơng nghệ nanơ làm cho vị trí ngành vật lý chất rắn ngày thêm bật Vật lý chất rắn chủ yếu đề cập đến tính chất vật lý tổng quát mà tập hợp nhiều nguyên tử phân tử thể xếp cách đặn tạo thành tinh thể Kể từ có đời lý thuyết lượng tử tiến khoa học kỹ thuật vật lý chất rắn có sở vững thu kết quan trọng mặt ứng dụng lý thuyết Trong học tập môn vật lý chất rắn đại cương, tơi thấy thích thú bị lơi mơn học Bởi lẽ đó, mà tơi định tìm hiểu khám phá môn Đặc biệt về: cấu trúc tinh thể, hệ lập phương, lý thuyết dao động mạng tinh thể tính chất nhiệt chất rắn Tơi định chọn tên khóa luận là: “ Lập biểu thức xác định nhiệt dung hệ mạng tinh thể lập phương” để nghiên cứu tìm hiểu Trong đề tài tơi trình bày kiến thức cấu trúc mạng tinh thể, lý thuyết dao động mạng sở thiết lập biểu thức xác định nhiệt dung chất rắn dao động mạng tinh thể Sau đó, áp dụng cho hệ mạng tinh thể lập phương giải thích số tượng vật lý có liên quan chương trình phổ thơng Chắc chắn khóa luận cịn có thiếu sót hạn chế Rất mong đóng góp ý kiến quý thầy cô, bạn đọc khóa luận ngày hồn thiện Xin chân thành cảm ơn An Giang, tháng 04 năm 2008 Sinh viên thực Lê Giang Bắc ii NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN MỤC LỤC Lời cảm ơn i Lời nói đầu ii PHẦN I MỞ ĐẦU I Lý chọn đề tài II Mục đích nhiệm vụ nghiên cứu 1 Mục đích nghiên cứu Nhiệm vụ nghiên cứu III Khách thể đối tượng nghiên cứu 1 Khách thể nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu IV Phương pháp nghiên cứu V Phạm vi nghiên cứu VI Giả thuyết khoa học VII Đóng góp đề tài VIII Bố cục khóa luận PHẦN II NỘI DUNG CHƯƠNG I CƠ SỞ LÝ THUYẾT I Cấu trúc mạng tinh thể Mạng tinh thể 1.1 Cấu trúc tinh thể 1.2 Mạng không gian 1.3 Các tính chất đối xứng mạng không gian 1.4 Phân loại mạng Bravais 1.4.1 Hệ lập phương 1.4.2 Hệ tứ giác 1.4.3 Hệ trực giao (cịn gọi hệ vng góc) 1.4.4 Hệ trực thoi (hay hệ tam giác) 1.4.5 Hệ đơn tà 1.4.6 Hệ tam tà 1.4.7 Hệ lục giác 1.5 Sơ lược hệ mạng tinh thể lập phương 1.5.1 Mạng tinh thể lập phương đơn giản 1.5.2 Mạng tinh thể lập phương tâm khối 1.5.3 Mạng tinh thể lập phương tâm mặt Mạng đảo 2.1 Khái niệm mạng đảo 2.2 Tính chất vectơ mạng đảo 10 2.3 Các tính chất vectơ mạng đảo 10 2.4 Ô sở mạng đảo 10 2.5 Ý nghĩa vật lý mạng đảo 11 Điều kiện tuần hoàn khép kín Born – Karman 11 II Lý thuyết cổ điển dao động mạng tinh thể 12 Dao động chuẩn mạng tinh thể 12 Bài toán dao động mạng 12 2.1 Dao động mạng chiều, nguyên tử 14 2.1.1 Trường hợp q nhỏ (qa> θ D ⇒ x D = θD T > θ D Trang 38 SVTH: Lê Giang Bắc GVHD: ThS Vũ Tiến Dũng J mol.K phù hợp với kết định luật Dulong – Petit cổ điển Như vậy, nhiệt dung mol chất không phụ thuộc vào số mạng a Suy ra, nhiệt dung mol vật rắn N = NA: C µ = N A k B = 3R ≈ 25 3.2 Trường hợp miền nhiệt độ thấp Ở nhiệt độ thấp, ta có: T