Sifat fisika status solid, struktur, contoh

Itu Fisika Solid State Itu adalah cabang fisika yang berurusan dengan studi tentang materi ketika berada dalam keadaan energi rendah, disebut keadaan solid, Melalui penggunaan teori fisik seperti mekanika kuantum, fisika statistik, termodinamika, elektromagnetisme dan kristalografi.

Dalam keadaan padat, energi tarik antar molekul kurang dari energi termal, oleh karena itu molekul hampir tidak dapat bergetar di sekitar posisi yang lebih atau kurang tetap. Beberapa padatan adalah amorf pada tingkat molekuler, sementara yang lain memiliki struktur yang lebih tertib, seperti kristal.

Beberapa contoh bahan padat adalah pasir silika, kaca, grafit (batubara mineral), garam umum, gula halus, besi, tembaga, magnetit, kuarsa dan banyak lagi.

[TOC]

Karakteristik Solid State

Bahan padat memiliki karakteristik utama yang, dalam kondisi normal, yaitu, jika mereka tidak tunduk pada upaya eksternal yang besar, mereka mempertahankan volume dan bentuknya.

Ini kontras dengan cairan yang, meskipun mereka dapat mempertahankan volume mereka, mengubah bentuknya dengan beradaptasi dengan wadah yang berisi mereka. Kontrasnya bahkan lebih besar dengan gas, karena ini dapat dikompresi atau diperluas dengan mengubah volume dan bentuknya.

Namun, padatan dapat memvariasikan volumenya ketika mereka mengalami perubahan suhu yang cukup lebar untuk memiliki efek yang terkenal, tetapi tanpa transisi fase terjadi pada keadaan materi lain.

Padatan bisa menjadi amorf dalam struktur molekul internalnya. Misalnya, kaca adalah bahan amorf, bahkan dianggap oleh banyak orang sebagai cairan yang terlalu diatasi. Namun, kuarsa dan berlian memiliki struktur kristal, yaitu atom mereka mengikuti pengaturan reguler dan spasial periodik.

Sifat makroskopis dan mikroskopis

Fisika keadaan padat mempelajari hubungan antara sifat skala makroskopis (ribuan atau jutaan kali lebih tinggi pada skala atom) dan sifat pada skala molekuler atau atom.

Itu dapat melayani Anda: permeabilitas magnetik: konstan dan tabel

Dalam sebuah padatan, atom sangat dekat satu sama lain dan interaksi di antara mereka menentukan sifatnya pada skala makro, seperti karakteristik mekaniknya: kekakuan dan keuletan, dan juga sifat termal, magnetik, optik dan listriknya.

Misalnya, konduktivitas, kapasitas panas, dan magnetisasi adalah sifat makroskopik dari padatan yang bergantung langsung pada apa yang terjadi pada skala molekuler atau atom.

Contoh yang jelas tentang pentingnya fisika padat adalah semikonduktor. Memahami sifat -sifatnya pada tingkat mikroskopis memungkinkan perangkat seperti transistor, dioda, sirkuit terintegrasi dan lampu LED, hanya untuk menyebutkan beberapa aplikasi.

Struktur padat

Tergantung pada kondisi tekanan dan suhu, serta proses yang diikuti selama pembentukannya, bahan padat memperoleh struktur mikroskopis tertentu.

Misalnya, bahan yang berbeda dengan grafit dan berlian hanya terdiri dari atom karbon. Tetapi sifat -sifatnya benar -benar berbeda, karena meskipun terdiri dari jenis atom yang sama, struktur mikroskopisnya sangat berbeda.

Struktur mikroskopis berlian dan grafit

Spesialis metalurgi tahu bahwa, berdasarkan pada bahan yang sama, dengan perawatan termal yang berbeda, hasil yang sangat berbeda diperoleh dalam elaborasi potongan, seperti pisau dan pedang. Perawatan yang berbeda mengarah pada struktur mikroskopis yang berbeda.

Bergantung pada pembentukannya, padatan pada dasarnya dapat menyajikan tiga jenis struktur mikroskopis:

• Amorf, Jika tidak ada keteraturan spasial dalam susunan atom dan molekul.
• Monokristalin, Jika atom diatur dalam urutan spasial, membentuk pengaturan atau sel yang diulang tanpa batas waktu dalam tiga dimensi.
• Polyristaline, Terdiri dari beberapa daerah, tidak simetris satu sama lain, di mana masing -masing wilayah memiliki struktur monokistalin sendiri.

Dapat melayani Anda: Ceded Heat: Formula, Cara Menghitung dan Menyelesaikan Latihan

Model fisika padatan dan sifatnya

Fisika bagian padat dari prinsip -prinsip dasar untuk menjelaskan sifat -sifat bahan padat, seperti konduktivitas termal dan konduktivitas listrik.

Misalnya, dengan menerapkan teori kinetik pada elektron bebas logam, mereka diperlakukan seolah -olah mereka adalah gas.

Dan dengan asumsi bahwa ion membentuk substrat yang tidak bergerak, dimungkinkan untuk menjelaskan konduktivitas listrik dan konduktivitas termal logam. Meskipun, dalam versi klasik model ini, konduktivitas termal elektron bebas lebih besar dari apa yang diperoleh dari pengukuran dalam bahan konduktif.

Ketidaknyamanan diselesaikan dengan memperkenalkan koreksi kuantum ke model elektron bebas dari konduktor padat. Selain itu, jika mereka seharusnya mengikuti statistik Fermi-Dirac, maka prediksi teoretis lebih sesuai dengan pengukuran eksperimental.

Namun, model elektron bebas tidak dapat menjelaskan konduktivitas termal padatan yang bukan logam.

Dalam hal ini, interaksi elektron dengan jaringan kristal harus diperhitungkan, yang dimodelkan dengan potensi periodik dalam persamaan Schrodinger. Model ini memprediksi pita penggerak tergantung pada energi elektron dan menjelaskan konduktivitas listrik dalam padatan semikonduktor, jenis padatan menengah antara isolator dan logam konduktif.

Contoh Solid State

Fisika dari keadaan padat telah berevolusi ke titik yang memungkinkan penemuan bahan baru seperti nanomaterial padat Dengan sifat unik dan luar biasa.

Kasus lain dari contoh dalam kemajuan fisika padat adalah pengembangan bahan dua -dimensi atau monolayer, diikuti oleh beragam aplikasi seperti sel fotovoltaik dan pengembangan sirkuit terintegrasi semikonduktor semikonduktor.

Dapat melayani Anda: berat (fisik): perhitungan, unit, contoh, latihan Graphene nanotubus

Contoh klasik dari dua bahan -dimensi adalah Graphene, yang tidak lain adalah grafik Cape tunggal dan yang diperoleh untuk pertama kalinya pada tahun 2004.

Contoh lain dari dua padatan -dimensi adalah: fosforeno, plumben, siliken dan germacene.

Superkonduktor suhu tinggi

Levitasi magnet dengan menggunakan superkonduktor keramik suhu tinggi

Superkonduktivitas ditemukan pada tahun 1911 oleh Dutch Kamerlingh Onnes (1853-1926) ketika diserahkan ke suhu yang sangat rendah (dari urutan bahan konduktif 4 K) seperti merkuri, timah dan timah.

Superkonduktivitas memiliki aplikasi teknologi yang penting, seperti kereta levitasi magnetik, selama dapat diperoleh pada suhu tinggi (idealnya pada suhu kamar).

Fisika padatan adalah dalam pencarian superkonduktor ini, dipahami dengan suhu tinggi di atas suhu nitrogen cair (77 K), suhu yang relatif mudah dan murah untuk diperoleh. Sampai saat ini, superkonduktor suhu tertinggi adalah padatan keramik yang mencapai keadaan ini pada suhu 138 K atau -135ºC.

Padatan yang sangat berkorelasi

Padatan yang sangat berkorelasi adalah senyawa fermionik berat yang memiliki sifat potensial teknologi yang tidak biasa dan hebat. Misalnya, mereka dapat dimanipulasi untuk pindah dari isolator ke pengemudi melalui medan magnet.

Pengembangan jenis padatan ini juga memungkinkan perangkat penyimpanan informasi magnetik untuk secara eksponensial meningkatkan kapasitasnya dalam beberapa dekade terakhir.

Tema yang menarik

Contoh padatan.

Referensi

1. Martin, Joseph D. 2015. "Apa yang ada dalam perubahan nama? Fisika Solid State, Fisika Bahan Kental, dan Ilmu Bahan ”(PDF). Fisika dalam Perspektif. 17 (1): 3-32.
2. Kittel, Charles. sembilan belas sembilan puluh lima. Pengantar Fisika Solid State. Editorial kembali.
3. Ashcroft dan Mermin. 1976. Fisika Solid State. Saunders College.
4. Sheng s. Li. 2000. Semikonduktor elektronik fisik. Springer-Verlag.
5. Wikipedia. Fisika Solid State. Pulih dari: is.Wikipedia.com