П Р О Г Р А М М А

спецкурса кафедры акустики

УЛЬТРАЗВУКОВЫЕ МЕТОДЫ В ФИЗИКЕ ТВЕРДОГО ТЕЛА”


5 курс. 1 семестр. 36 часа


Цель. Даются основные сведения об использовании акустических методов при исследованиях в физике твердого тела. Рассматриваются импульсные методы измерения скорости и поглощения акустических волн в твердых телах и факторы, влияющие на точность проводимых измерений. Рассмотрены методы определения линейных и нелинейных упругих констант в твердых телах и методы определения энергетического спектра в металлах. Рассматриваются современные методы акустической диагностики твердых тел и ультразвуковые измерительные системы для ее проведения и применение ЭВМ при ультразвуковых измерениях.


Программа.


1. Введение.

2. Определение параметров твердых тел акустическими методами. Термодинамическое описание свойств твердых тел. Нелинейные уравнения состояния. Акустические волны в кристаллах. Распространение упругих волн в однородно-деформированных средах. Упругоакустический и электроакустические эффекты в твердых телах. Определение линейных и нелинейных термодинамических коэффициентов.

3. Возбуждение и прием ультра- и гиперзвуковых волн.

Методы возбуждения и приема объемных и поверхностных акустических волн. Основные типы преобразователей для возбуждения и приема ультра- и гиперзвуковых волн; их характеристики. Электрическое и акустическое согласование преобразователей. Генерация и прием фононов высоких энергий.

4. Измерение скорости и поглощение ультразвука в твердых телах.

Импульсные и резонансные методы измерения скорости и поглощения ультразвука. Оптические методы измерения. Источники ошибок при ультразвуковых измерениях. Особенности акустических измерений на ПАВ. Измерения дисперсии скорости и поглощения. Абсолютные измерения в акустике твердого тела. Аппаратура и измерительные системы для проведения акустических измерений в твердых телах.

5.Особенности акустических измерений в области критических точек.

Акустические измерения при фазовых переходах. Релаксационная и флуктуационные модели описания фазовых переходов. Влияние внешних воздействий на особенности распространения звука вблизи критических точек.

6. Акустические методы исследования энергетического спектра электронов в металлах и полупроводниках. Взаимодействие звуковых волн со свободными электронами в металлах и полупроводниках. Акустоэлектронный и магнитоакустический эффекты. Понятие энергетического спектра электронов и его связь с физическими свойствами металлов.

7. Акустические методы неразрушающего контроля твердых тел.

Акустическая дефектоскопия: принципы, возможности, разрешение. Акустическая микроскопия. Получение изображения. Контраст. Нелинейная микроскопия. Лазерное возбуждение акустических волн. Возможности оптоакустической спектроскопии твердых тел. Тепловые волны и их использование для неразрушающего контроля. Измерение тепловых параметров твердых тел. Особенности упругих свойств с микро- и наноструктурированных материалов.

8. Применение ЭВМ при ультразвукоых измерениях.

Особенности применения ЭВМ в акустическом эксперименте. Электрические методы измерения неэлектрических величин. Аналоговые и цифровые измерительные приборы. Примеры автоматизации акустических измерений

ЛИТЕРАТУРА

Основная:

  1. Лямов В.Е. Поляризационные эффекты и анизотропия взаимодействия акустических волн в кристаллах. - М.:Изд-во МГУ, 1983.

  2. Гурбатов С.Н., Руденко О.В., Саичев А.И. Волны и структуры в нелинейных средах без дисперсии. М. Физматлит., 2008 г.

  3. Красильников В.А., Крылов В.В. Введение в физическую акустику. - М.: Наука, 1984 г.

  4. Труэлл Р., Эльбаум Ч., Чик Б. Ультразвуковые методы в физике твердого тела. - М.:Мир, 1972 г.

  5. Такер Д., Рэмптон В. Гиперзвук в физике твердого тела. - М.:Мир, 1975 г.

  6. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники. - М.: Мир, 1993 г, т. 1,2,3.

  7. Кайно Г. Акустические волны.- М.: Мир, 1993 г.

  8. Баранский К.Н. Физическая акустика кристаллов, Изд-во Моск. ун-та,.1991 г.

  9. Бадаев Радж, В Раджендра, П Паланачами. Применение ультразвука.М. 2006.

  10. Ч.Пул-мл., Ф.Оуэнс. Нанотехнологии. М.2007 г.


Дополнительнительная:

1. Ультразвук. Маленькая энциклопедия. - М.:Сов. энциклопедия, 1980.

2. Физическая акустика /под ред. У.Мэзона Т. 1-7. - М.: Мир, 1966-1978.


Методические рекомендации. При чтении курса рекомендуется лекционные занятия совмещать с демонстрацией измерений на имеющихся в распоряжении лектора экспериментальных установках, обращая внимания студентов на характерные ошибки, возникающие при проведении эксперимента. Поручать студентам самостоятельно подготовить методику измерения упругих констант в твердых телах, принадлежащих различным классам симметрии, определить факторы влияющие на точность измерения.

Студентам при подготовке к семинару предлагается кроме изучения лекционного материала и решения задач использовать сведения из изученных ранее курсов “Теория колебаний”, ”Численные методы”, ”Статрадиофизика”.


Примерный список вопросов для зачета (экзамена):

  1. Уравнения состояния в анизотропном кристалле. Соотношения между смещением, деформацией и напряжением. Материальные константы второго и третьего порядков. Размерность и порядок величины этих постоянных.

  2. Упругие волны в кристаллах. Уравнения движения и их решения. Тензор Грина- Кристофелля.

  3. Влияние давления и электрического поля на скорость упругих волн.

  4. Определение упругих констант в твердых телах из ультразвуковых измерений на примере кубического кристалла без пьезоэффекта.

  5. Упругие волны в пьезоэлектрических кристаллах.

  6. Определение упругих и пьезоэлектрических констант твердых тел из ультразвуковых измерений на примере кубического кристалла, обладающего пьезоэффектом.

  7. Пьезоактивные волны в пьезоэлектрических кристаллах.

  8. Коэффициент электромеханической связи.

  9. Импульсный метод измерения скорости и поглощения упругих волн в твердых телах.

  10. Методы возбуждения и приема упругих волн.

  11. Резонансный метод измерения скорости и поглощения акустических волн.

  12. Факторы, влияющие на точность измерений скорости и поглощения акустических волн.

  13. Фотоакустические методы в физике твердого тела.

  14. Оптические методы измерений в акустике. Использование дифракции Рамана - Ната и Брэгга для измерения скорости и поглощения упругих волнах в твердых телах.

  15. Исследования нелинейных упругих свойств твердых тел спектральным методом (генерация высших упругих гармоники).

  16. Методы абсолютных измерений амплитуды смещения в акустической волне.

  17. Элементы зонной теории твердых тел. Электроны в металлах.

  18. Поверхность Ферми. Акустические методы определения поверхности Ферми.

  19. Электрические методы измерения неэлектрических физических величин.

  20. Автоматизация акустических измерений с использованием персонального компьютера.



Программу составил профессор Коробов А.И.