Lösningsförslag till deltentamen i IM2601 Fasta tillståndets fysik. Teoridel

Relevanta dokument
Lösningsförslag till deltentamen i IM2601 Fasta tillståndets fysik. Torsdagen den 15 mars, Teoridel

N atom m tot. r = Z m atom

Räkneövning 1 atomstruktur

Materiens Struktur. Lösningar

Kvalificeringstävling den 2 oktober 2007

Lösningsförslag till deltentamen i IM2601 Fasta tillståndets fysik. Onsdagen den 30 maj, Teoridel Ê Á Ê. B B T Ë k B T Ê. exp m BBˆ.

TMV151/TMV181. Fredrik Lindgren. 19 november 2013

Lösningar till repetitionstentamen i EF för π3 och F3

PASS 1. RÄKNEOPERATIONER MED DECIMALTAL OCH BRÅKTAL

Trigonometri. 2 Godtyckliga trianglar och enhetscirkeln 2. 3 Triangelsatserna Areasatsen Sinussatsen Kosinussatsen...

Sfärisk trigonometri

Appendix. De plana triangelsatserna. D c

a sin 150 sin 15 BC = BC AB 1.93 D C 39º 9.0

Några integraler. Kjell Elfström. x = f 1 (y) = arcsin y. . 1 y 2 Vi låter x och y byta roller och formulerar detta resultat som en sats: cos x = 1

( ) = B 0 samt att B z ( ) måste vara begränsad. Detta ger

Tentamen i ETE115 Ellära och elektronik, 3/6 2017

19 Integralkurvor, potentialer och kurvintegraler i R 2 och R 3

Finaltävling den 20 november 2010

Frågor för tentamen EXTA50 Samhällsmätning, 9 hp, kl januari, 2015.

Lösningsförslag till deltentamen i IM2601 Fasta tillståndets fysik. Teoridel

ORTONORMERAT KOORDINAT SYSTEM. LÄNGDEN AV EN VEKTOR. AVSTÅND MELLEN TVÅ PUNKTER. MITTPUNKT. TYNGDPUNKT. SFÄR OCH KLOT.

Tentamen i ETE115 Ellära och elektronik, 25/8 2015

TENTAMEN I FASTA TILLSTÅNDETS FYSIK F3/KF3 FFY011

Lösningar till tentamen i EF för π3 och F3

Användande av formler för balk på elastiskt underlag

Skriftlig tentamen i Elektromagnetisk fältteori för π3 (ETEF01) och F3 (ETE055)


Kompletterande formelsamling i hållfasthetslära

Analys o 3D Linjär algebra. Lektion 16.. p.1/53

ξ = reaktionsomsättning eller reaktionsmängd, enhet mol.

Matematiska uppgifter

MA002X Bastermin - matematik VT16

Diskreta stokastiska variabler

ORTONORMERADE BASER I PLAN (2D) OCH RUMMET (3D) ORTONORMERAT KOORDINAT SYSTEM

TATA42: Tips inför tentan

Preliminär version 2 juni 2014, reservation för fel. Tentamen i matematik. Kurs: MA152G Matematisk Analys MA123G Matematisk analys för ingenjörer

13 Generaliserade dubbelintegraler

Geometri. 4. Fyra kopior av en rätvinklig triangel kan alltid sättas ihop till en kvadrat med hål som i följande figur varför?

Uppsala Universitet Matematiska Institutionen Thomas Erlandsson

Volum av rotationskroppar. Båglängd, rotationsytor. Adams 7.1, 7.2, 7.3

Tentamen ellära 92FY21 och 27

1 Bestäm Théveninekvivalenten med avseende på nodparet a-b i nedanstående krets.

Lösningar till tentamen i EF för π3 och F3

Lamellgardin. Nordic Light Luxor INSTALLATION - MANÖVRERING - RENGÖRING

LINJÄR ALGEBRA II LEKTION 1

Lösningsförslag till deltentamen i IM2601 Fasta tillståndets fysik. Teoridel

9. Vektorrum (linjära rum)

Frielektron fermigas i en kristall. L z. L y L x. h 2 2m FRIELEKTRONMODELLEN

Vilken rät linje passar bäst till givna datapunkter?

Tentamen i Elektromagnetisk fältteori för π3 och Modellering och simulering inom fältteori för F3, 29 augusti, 2008, kl

Tentamen 1 i Matematik 1, HF dec 2016, kl. 8:00-12:00

TENTAMEN I FASTA TILLSTÅNDETS FYSIK F3/KF3 FFY011

1. (a) (1 poäng) Rita i figuren en translationsvektor T som överför mönstret på sig själv.

Rätt svar (1p): u A. α β A B. u B. b) (max 3p) I början har endast puck A rörelseenergi: E AB,i = 1 2 m Av 2 A = 1 2 m Au 2 A

( ) Räkneövning 3 röntgen. ( ) = Â f j exp -ir j G hkl

14. MINSTAKVADRATMETODEN

Tentamen i EITF90 Ellära och elektronik, 28/8 2018

Tentamen ETE115 Ellära och elektronik för F och N,

Lödda värmeväxlare, XB

Kontrollskrivning 3 till Diskret Matematik SF1610, för CINTE1, vt 2019 Examinator: Armin Halilovic Datum: 2 maj

Komplexa tal. j 2 = 1

Enligt Hunds första regel är spin maximal. Med tvνa elektroner i fem orbitaler tillνater

Ett förspel till Z -transformen Fibonaccitalen

0 a. a -Â n 2 p n. beskriver på sedvanligt sätt en a-periodisk utvidgning av f. Nedanför ritas en partialsumma av Fourierserien.

SF1626 Flervariabelanalys Tentamen 8 juni 2011, Svar och lösningsförslag

Byt till den tjocka linsen och bestäm dess brännvidd.

Föreläsning 7: Trigonometri

Svar och anvisningar

Laboration i röntgendiffraktion och laserdiffraktion för E

Nautisk matematik, LNC022, Lösningar

RÄTTNINGSMALL TILL KEMIOLYMPIADEN 2014, OMGÅNG 2

Tentamen i ETE115 Ellära och elektronik, 4/1 2017

x = x = x = x=3 x=5 x=6 42 = 10x x + 10 = 15 x = = 20 x = 65 x + 36 = 46

GEOMETRISKA VEKTORER Vektorer i rummet.

HF1703, Inledande matematik (Byggproduktion) DEN TRIGONOMETRISKA ENHETSCIRKELN OCH TRIGONOMETRISKA FUNKTIONER

Kan det vara möjligt att med endast

Mängder i R n. Funktioner från R n till R p

9. Bestämda integraler

Tentamen 1 i Matematik 1, HF1903 Tor 25 sep 2014, kl 13:15-17:15

Matris invers, invers linjär transformation.

Tentamen i Hållfasthetslära gkmpt, gkbd, gkbi, gkipi (4C1010, 4C1020, 4C1035, 4C1012) den 4 juni 2007

Tentamen för FYSIK (TFYA68), samt ELEKTROMAGNETISM (TFYA48, 9FY321)

Uppsala Universitet Matematiska Institutionen T Erlandsson

V1. Intervallet [a,b] är ändligt, dvs gränserna a, b är reella tal och INTE ±. är begränsad i intervallet [a,b].

GEOMETRISKA VEKTORER Vektorer i rummet.

Löpsedel: Integraler. Block 4: Integraler. Lärobok. Exempel (jfr lab) Exempel (jfr lab) Integrering i Matlab

XIV. Elektriska strömmar

Brand-/brandgasspjäll

============================================================ V1. Intervallet [a,b] är ändligt, dvs gränserna a, b är reella tal och INTE.

Tentamen 1 i Matematik 1, HF1903 tisdag 8 januari 2013, kl

Lösningsskiss för tentamen Vektorfält och klassisk fysik (FFM234 och FFM232)

Svar och anvisningar

Evighetskalender. 19 a) nyårsdagen var år 2000 b) julafton kommer att vara på år 2010 c) de första människorna landade på månen, 20 juli 1969

Tentamen i Databasteknik

SF1625 Envariabelanalys

V1. Intervallet [a,b] är ändligt, dvs gränserna a, b är reella tal och INTE ±. är begränsad i intervallet [a,b].

Volym och dubbelintegraler över en rektangel

Gör slag i saken! Frank Bach

KVADRATISKA MATRISER, DIAGONALMATRISER, MATRISENS SPÅR, TRIANGULÄRA MATRISER, ENHETSMATRISER, INVERSA MATRISER

c) (max 2p) Arbetet som utförs av gasen är lika med arean under p(v)-grafen. Antalet signifikanta siffror i svaret är två. Graf.

Transkript:

Lösningsförslg till deltentmen i IM601 Fst tillståndets fysik Gitter och bs i dimensioner Fredgen den 18 mrs, 011 Teoridel 1. ) Den primitiv enhetscellen är den minst enhetscell som ger trnsltionssymmetri hos gittret och viss i figuren nedn. 1 1. b) Mätningr i figuren ger tt målningens längd och målningens höd vrder är gnsk precis,5 gånger så lång som de båd gittervektorern. Därför finns det,5,5 = 6,5 enhetsceller i målningen. 1. c) De olik gittren i dimensioner viss nedn. 1 1 Hexgonlt, 1 = ; = 10 Kvdrtiskt, 1 = ; = 90 1 1 Centrert rektngulärt, 1 ; = 90 Rektngulärt, 1 ; = 90 1 Oblikt, 1 ; 90

. ) Vid låg temperturer finns två mölig bidrg till värmekpciteten, dels från fononern och dels från de fri elektronern. Fononbidrget går som T 3 (Debyes T 3 - lg) vid låg temperturer och elektronbidrget är linärt i temperturen. I en metll hr vi båd bidrgen, medn i en isoltor finns endst fononbidrget. Således gäller tt: Ag, metll: C v = gt + AT 3 Ar, isoltor : C v = AT 3. b) Vid hög temperturer hr vi Dulong-Petits lg som säger tt ll fst mteril hr smm värmekpcitet, nämligen C v = 3R. Det som vgör ifll ett fst mteril kn betrkts vr i denn gränsen är Debytemperturen q D. Ovnför q D kn ll olik fononmoder termiskt exciters, medn energin inte räcker till för tt exciter de mest energirik modern under q D. 3. ) De periodisk rndvillkoren medför tt om vi hr en kub med volymen v = L 3, såmåste det gäll i vrder riktningen tt e ik x x = e ik x ( x+l) fi e ik x L =1 fi k x = n x p L ; n x = 0, ±1, ±,K e ik y x ik = e y ( x+l) e ik z x = e ik z ( x+l) fi e ik yl =1 fi ky = n y p L ; n y = 0, ±1, ±,K fi e ik z L =1 fi k z = n z p L ; n z = 0, ±1, ±,K. Energin hos de fri elektronern ges v frielektronvärdet e = h k m = h m k x + k y + kz Elektronern fyller successivt upp de ledig tillstånden. Minimering v energin sker genom tt minimer k = k x + ky + kz, vilket motsvrr en sfär i k-rymden. Det totl ntlet elektroner i mterilet kn då teckns med hänsyn tgen till tt Puliprincipen tillåter två elektroner per tillstånd då de kn h olik spinn: 4p Sfärens volym N = Volym per tillstånd = 3 k3 3 p = V 3p k3 fi k = 3p N V L Dett ger tt Fermienergin kn teckns ( k = k F ): e F = h m 3p N V 3 3. b) Elektrontätheten kn ntingen beräkns utgående från mterilets densitet och molmss eller utgående från gitterprmetrrn. Låt Z = ntlet fri elektroner per tom, M = molmssn, r = densiteten, = gitterprmetern och N A = Avogrdos tl. Fcc hr 4 tomer i bsen, vrför det finns 4Z elektroner per kubisk enhetscell och vi hr tt: 1 3 N V = Z 4 3 lterntivt N V = N mol = M ZN A V mol V mol M = Z rn A M

4. Vi noterr tt om det elektrisk fältet beror v frekvensen som E w även drifthstigheten tt h smm frekvensberoende, dvs. v w dv dt = iw v w Insättning i den givn krftekvtionen ger då tt: m iw v ( w) = -e E ( w) - m t v ( w ) fi v ( w) = - Strömtätheten ges nu v: et m iwt +1 E ( w ) = E e iwt, så kommer = v e iwt. Dett ger tt: ( w) = -nev( w) = ne t m 1 1+ iwt E ( w ) = s( w) E ( w) fi s( w) = ne t m 1 1+ iwt Ytterbium, Yb Beräkningsdel 1. ) Om vi pproximerr tomern i Yb som hård sfärer med rdien r, ser vi direkt tt digonlen hr längden 4r smtidigt som den enligt Pythgors sts är, vilket ger tt d = 4r = fi r = fi r = 5,48 Å =1,94 Å 1. b) I figuren nedn viss (110)-plnet i den kubisk strukturen och hur tomern i en fccstruktur sitter i dett pln. Av figuren inses tt inuti ytn finns det 1 + 4 1 4 = tomers tvärsnittsre, vilket betyder tt tomtätheten blir: p r f = = p 8 = p ª 0,55, dvs c 55 %. 4

z y x (110)-pln 1. c) Eftersom vi hr en kubisk struktur, så är vståndet melln plnen: d( hkl) = fi d = h + k + l 5,48 Å =,4 Å (-1) + + (-1) Mn kn även noter tt i en kubisk struktur så är plnskrorn ( 1 1 ) ekvivlent med plnskrorn (11). 1. d) Eftersom provet är polykristllint, kommer Brggvillkoret tt kunn vr uppfyllt för smtlig mölig reflexer. Strukturfktorn för ett fcc-gitter är = f 1+ e S hkl + e -ip h+k + e -ip k+l -ip h+l vilket endst är skilt från noll om i) ll hkl är udd eller om ii) ll hkl är ämn. Eftersom plnvstånden i en kubisk struktur är d( hkl) =, ger Brggs lg tt vinkeln blir h + k + l d( hkl)sinq = l fi q = rcsin l h + k + l Dett ger fölnde tbell över mölig reflexer och vinklr (med börn från de lägst) hkl h + k + l q = rcsin l h + k + l 111 3 14,09 00 16, 33 0 8 3, 43 311 11 7, 79 1 9,14 400 4 34,1 331 19 37, 78

= 1 1. e) I L-riktningen hr vi vågvektorn k = 0,5 x,x,x Längden v denn vågvektor är: p, p,p vid BZ-gränsen. k = 1 p + p + p = p 3 fi k = p 3 5,48 10-10 = 9,93 109 m -1 1. f) Ludfrten i de olik riktningrn bestäms v lutningen v fonondispersionsreltionen vid låg vågvektortl (vilket motsvrr lång våglängder). För de tre olik riktningrn får vi tt: ( x00) : v = w ( xx0) : v = w ( xxx) : v = w k = p 10 1 0,6 1,0 p 5,48 10-10 k = p 10 1 0,4 1,0 p 5,48 10-10 k = p 10 1 0,5 0,5 3 p 5,48 10-10 ª1830 ms-1 ª1930 ms-1 ª 530 ms-1 Ludutbredningsfrten för longitudinell vågor är således störst längs med ( xxx)-riktningen. 1. g) Debyetemperturen kn uppsktts från tt den termisk energin motsvrr den mest energirik fononen, dvs. då: q = hw D k B Ur digrmmet ser vi tt den mest energirik fononen hr en frekvens på c,4 THz, vilket ger tt Debytemperturen kn uppsktts från: q = 1,05 10-34 p,4 10 1 1,38 10-3 K =115 K 1. h) Vid 3 K är T q = 0,05 och vid 30 K är T q = 0,5. Vid 3K kn vi nse tt elektronbidrget kn försumms smtidigt som fononbidrget fortfrnde går som AT 3, vrför vi kn pproximer och sätt 3 T C v ª 34 Nk B q vilket ger numeriskt för den molär värmekpciteten ( N = N A ): C v = 34 1,38 10-3 6,0 10 3 3 3 = 30 mj mol -1 K -1 10 Vid 30 K kn vi nvänd figur 7, sidn 113 i Kittel för tt uppsktt tt C v ª1 J mol -1 K -1.