Описание перехода механической энергии в тепловую в идеальном кристалле

Автор: Егор Борисович Старобинский

Соавторы: Цветков Д. В., Кривцов А. М.

Организация: Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого

Рассматривается процесс перехода механической энергии в тепловую в нанокристалле без дефектов. Взаимодействие между частицами кристалла – нелинейное, учитывается влияние только ближайших соседей. Начальная температура кристалла задаётся случайными скоростями частиц с нулевым математическим ожиданием и равномерным распределением. Механическая энергия кристалла определяется энергией заданной на нём гармонической волны, после чего численно решается задача Коши для ячейки периодичности с последующим усреднением результатов по ансамблю реализаций [1]. 

Введение в модель идеального кристалла тепловых скоростей частиц приводит к необратимости распределения энергии волны между частицами, если тепловая энергия кристалла достаточно велика в сравнении с механической энергией [2]. В данной работе для реальных кристаллов показывается необратимость этого перехода, а также сохранение волной её первоначальной формы при уменьшающейся амплитуде. Убывание механической энергии со временем описывается модифицированным экспоненциальным законом, что позволяет определить коэффициент внутреннего трения кристалла и описать движение частиц с помощью уравнения продольных колебаний стрежня. 

Результаты работы были получены с использованием вычислительных ресурсов суперкомпьютерного центра Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого.

1. A. M. Krivtsov. Energy distribution in one-dimensional crystal. Dokl. Phys. 60 (9), page 407, 2015.

2. D. V. Tsvetkov, A. M. Krivtsov. Energy distribution in one-dimensional crystal. Proc. of XXIV ICTAM, pp. 2450-2451.