Теплофизические явления в диэлектриках с фрактальной структурой при воздействии лазерного излучения

• Автор: Гавашели, Давид Шотаевич
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Нальчик
• Количество страниц: 138 с. : ил.

Содержание
Введение

Глава 1. Структура и физические свойства фрактальных систем

1.1. Структура и разновидности фрактальных кластеров

1.2. Оптические и диэлектрические свойства фрактальных систем

1.3. Фазовые переходы во фрактальных кластерах под действием 33 электромагнитной волны
1.4. Особенности взаимодействия лазерного излучения с 40 фрактальными системами (на примере полимеров)

1.5. Выводы из главы I

Глава 2. Излучение диэлектрических фрактальных кластеров

2.1. Общая теория теплового излучения

2.2. Диэлектрическая функция для фрактальных кластеров
2.3. Применение дробного интегро-дифференцирования для расчета 61 диэлектрической функции
2.4. Расчет излучения диэлектрических фрактальных кластеров
2.5. Выводы из главы II
Глава 3. Расчет теплофизических свойств диэлектриков с
фрактальной структурой
3.1.Квантово-статистическая модель для расчета
термодинамических характеристик твердых веществ
3.2. Фрактальное обобщение модели Дебая
3.3. Расчет температуры Дебая для фрактальных кластеров
3.4. Расчет коэффициента теплопроводности диэлектрического 85 фрактального кластера
3.5. Выводы из главы III

Глава 4. Моделирование нагрева диэлектрического вещества
фрактальной структурой
4.1. Модели нагрева твердого вещества лазерным излучением
4.2. Фрактальное обобщение модели нагрева
4.3. Разностная схема решения задачи о нагреве
4.4. Результаты моделирования нагрева диэлектрического вещества 108 с фрактальной структурой и его результаты
4.5. Разрушение фрактальных диэлектрических кластеров лазерным
излучением.
4.6. Выводы из главы IV
Основные выводы
Библиографический список

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы
Хорошо известно, что конденсированное вещество (например, гранулированные металлические пленки, полимеры и жидкости) может иметь кластерную структуру. Кластеры как система связанных атомов или молекул являются физическими объектами, представляющими интерес, как в фундаментальном, так и в прикладном отношении. Кластеры, в известной мере, могут использоваться в качестве моделей ряда макроскопических систем. Уместно также отметить, что в классификации современных проблем В.Л. Гинзбурга кластеры занимают седьмую позицию. Развитие новых подходов в теории и моделировании различных физико-химических процессов во фрактальных структурах, в том числе с помощью аппарата дробного интегро-дифференцирования, тесно связано с именами таких отечественных ученых, как Ю. И. Бабенко, А. М. Нахушев, Р. Р. Нигматуллин, Р. П. Мейланов, А. А, Потапов, С. Ш. Рехвиашвили,
В. И. Ролдугин, Б. М. Смирнов, В. В. Учайкин, К. В. Чукбар и др.
В последние два десятилетия наблюдается устойчивое повышение интереса к фрактальным твердотельным структурам. Такие структуры, сформированные, как правило, в сильно неравновесных условиях, имеют уникальные свойства, которые невозможно получить при традиционных способах формирования вещества. Применение фрактального подхода для описания структурных неоднородностей нано - и микромасштаба, а также обоснование общих закономерностей, определяющих взаимосвязь структуры и свойств, является одним из современных научных направлений физики. Процессы формирования и эволюции кластеров рассматриваются как процессы, сосредоточенные на фракталах и зависящие от топологии пространственной решетки.
Изучению физико-химических свойств диэлектрических фрактальных кластеров (ФК) посвящено большое количество экспериментальных и

агрегатное состояние кластера вводится как группа конфигурационно возбужденных состояний кластера с близкими энергиями возбуждения. Природа фазового перехода твердое тело - жидкость связана с конфигурационным возбуждением кластера [58]. Для анализа этого явления при реальных условиях удобно использовать критерий Линдемана [60], согласно которому фазовый переход наступает при температуре, когда относительная амплитуда колебаний атомов достигает определенной величины. С развитием численных методов моделирования динамики атомов в кластере были введены более точные критерии фазового перехода, использующие парные корреляции в позициях атомов. Соответствующая корреляционная функция использует параметр Эттерса-Каелберера [61] или параметр Бери [62]. Эти параметры пропорциональны флуктуациям межатомного расстояния и дают более ясное понимание того, как твердое состояние отличается от жидкого и как происходит переход между ними в области их сосуществования.
Как можно видеть, есть некоторое противоречие между природой фазового перехода и параметрами, характеризующими это явление. Процесс плавления состоит в конфигурационном возбуждении и образовании пустот -вакансий, меняющих свою форму и размер со временем, поэтому в расчетах используются усредненные по времени параметры пустот. Тогда как параметры, используемые для фазового перехода, в частности, параметр Линдемана основаны на тепловом движении атомов. Данное противоречие связано с характером изменения теплового движения атомов при плавлении и соответствующим вкладом теплового движения атомов в скачок энтропии при плавлении. Представляет интерес более подробно остановиться на этой проблеме. Для этого энергию кластера для удобства проведения качественных оценок можно представить в виде
Е = Е0 + Еа = и'зЫ + К5о1 =АЕ + ищ + К11ч, (1.40)