Математические модели явлений переноса в инверсных средах

• Автор: Гришина, Алена Александровна
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Ульяновск
• Количество страниц: 139 с. : ил.

Введение
Глава 1. Отрицательные кинетические коэффициенты в явлениях переноса аналитический обзор

1.1. Отрицательная вязкость

Термодинамически неравновесные среды . Акустически активные среды . Вторая вязкость . Отрицательная вязкость .

1.2. Отрицательная абсолютная электропроводность.

Отрицательная электропроводность, индуцированная микроволновым излучением . Отрицательная электропроводность, обусловленная взаимодействием носителей тока с волнами зарядовой плотности .

1.3. Трактовка аномальных явлений переноса с точки зрения

физики инверсных сред

Понятие инверсной среды . Огрицательная абсолютная температура

. Отрицательная вязкость идеального газа . Отрицательная электропроводность инверсного электронного дырочного газа .

1.4. Выводы по главе 1

Глава 2. Математическая модель явлений переноса в инверсных газах
2.1. Явления переноса в инверсном однокомпонентном
реальном газе.
Модель Энскога . Математическая постановка задачи . Нулевое приближение . Первое приближение . Кинетические коэффициенты . Распространение модели Энскога на инверсные газы . Отрицательная вязкость инверсного реального газа .
2.2. Явления переноса в многокомпонентном ионизованном
газе, имеющем инверсные компоненты
Требования к газу . Отрицательная вязкость инверсных компонентов ионизованного газа в модели Чепмена Энскога .
2.3. Экспериментальная проверка построенных
математических моделей.
Лазерные среды . Схема эксперимента . Полученные результаты .
2.4. Выводы по главе 2.
Глава 3. Математическая модель явлений переноса в инверсных жидкостях
3.1. Элементы статистической теории кинетических процессов
в инверсных жидкостях
Уравнения Боголюбова . Модель Кирквуда . Вычисление коэффициентов переноса через временные корреляционные функции . Явления переноса в инверсных жидкостях .
3.2. Верификация математической модели.
Известные экспериментальные результаты и их трактовка . Трудности прямой экспериментальной проверки наличия отрицательной
сдвиговой вязкости . Косвенная проверка справедливости модели .
3.3. Выводы по главе
Глава 4. Математическая модель явлений переноса в инверсных двумерных кристаллах
4.1. Симметрия двумерных кристаллов и их равновесных
Симметрия двумерных кристаллов . Симметрия равновесных физических свойств двумерных кристаллов . Симметрия и физические свойства нанотрубок .
Теплопроводность . Электропроводность . Диффузия . Термоэлектрические явления . Гальваномагнитные явления . Гермомагнитные явления . Гальванотермомагнитные явления . Термомагнитоэлектрические явления . Матрицы коэффициентов, описывающих явления переноса в двумерных кристаллах .
4.3. Явления переноса в двумерных кристаллах с инверсной
электронной подсистемой.
Электропроводность . Теплопроводность . Диффузия . Термоэлектрические явления . Гальваномагнитные явления . Термомагнитные явления 0. Гальванотермомагнитные явления 1. Термомагнитоэлектрнческие явления 3. Общая характеристика влияния инверсии 4.
4.4. Верификация построенной модели
Известные экспериментальные результаты 6. АОП в
физических свойств
4.2. Явления переноса в двумерных кристаллах
квазиодномерных проводниках с волной зарядовой плотности 7.
АОП в трехмерных полупроводниках с неравновесным распределением электронов по энергетическим состояниям 1. АОП в двумерных электронных системах, индуцированная микроволновым излучением 2.
4.5. Выводы по главе 4
Заключение
Литература


АОП в трехмерных полупроводниках с неравновесным распределением электронов по энергетическим состояниям 1. АОП в двумерных электронных системах, индуцированная микроволновым излучением 2. Су циклотронная частота. Классическая термодинамика дает полное количественное описание равновесных обратимых процессов. Для описания необратимых процессов, включающих в себя явления переноса, используется термодинамика неравновесных процессов. Впервые термодинамическое описание таких процессов было использовано в г. В. Томсоном Кельвином. Изучение неравновесных процессов термодинамическими методами было продолжено Л. Онсагером, установившим в г. Как самостоятельная наука неравновесная термодинамика получила свое развитие в работах Дж. Мейкснера, И. Пригожина и С. Грота. В термодинамически неравновесных процессах связь между потоками физических величин теплоты, импульса и др. В общем случае все явления переноса описываются кинетическим уравнением Больцмана, которое представляет собой уравнение баланса числа частиц в элементе фазового объема и выражает тот факт, что изменение функции распределения со временем происходит вследствие движения частиц под действием внешних сил и столкновений между ними 1. Явления переноса состоят в том, что происходит упорядоченный, направленный перенос массы диффузия, импульса внутреннее трение, внутренней энергии теплопроводность и заряда электропроводность. Математические модели явлений переноса представлены в работах . Известны, например, отрицательный коэффициент второй объемной вязкости в акустически активных средах , , , отрицательный коэффициент электропроводности в поперечном квантующем магнитном поле , , , 6, 9, а также в проводниках с волной зарядовой плотности , и в двумерных электронных системах с индуцирующим микроволновым излучением , , , . Правда, теоретическое объяснение в каждом отдельном случае вязкость, электропроводность и т. Между тем в этих явлениях, повидимому, имеются глубинные закономерности общего характера. Действительно, все они, как отмечают сами авторы цитируемых работ , , 6, являются следствием неравновесного состояния среды. В работе высказана идея, что общим свойством во всех случаях существования отрицательных значений кинетических коэффициентов является инверсное состояние среды. В такой среде в состояниях с большей энергией находится большее количество частиц, чем в состояниях с меньшей энергией. Инверсное состояние среды достигается использованием энергетической накачки. С формальной точки зрения инверсной среде соответствует эффективная отрицательная абсолютная температура. Поэтому инверсные системы часто называют системами с отрицательной температурой. Любая инверсная система является активной системой, так как обеспечивает превращение энергии накачки в полезную работу по усилению подаваемых в нес внешних сигналов. Явления переноса с отрицательными и управляемыми значениями кинетических коэффициентов могут найти использование, например, при создании новых видов фильтрующих материалов отрицательная вязкость, для уменьшения тепловыделения в токоведущих элементах электронных устройств отрицательная электропроводность и других практических приложениях. В связи с этим возникает актуальная задача построения математических моделей описывающих условия и закономерности этих явлений в различных агрегатных состояниях вещества. Цель и задачи исследования. Основной целью диссертационной работы являлось выявление общих условий и закономерностей протекания явлений переноса с отрицательными значениями кинетических коэффициентов на основе их математического моделирования в рамках концепции инверсной среды. Анализ ранее известных математических моделей явлений переноса, объясняющих появление отрицательных значений кинетических коэффициентов в рамках различных, не связанных между собой, физических представлений. Определение условий отрицательности коэффициентов в явлениях переноса в реальных газах, жидкостях и твердых телах в том числе, в двумерных кристаллах на основе модифицированных моделей Энскога, Грина Кубо и Больцмана, учитывающих возможность инверсного состояния среды.